Что такое система информатика кластер
Вычислительный кластер
Вычислительный кластер – это набор соединенных между собой компьютеров (серверов), которые работают вместе и могут рассматриваться как единая система. В отличие от грид-вычислений, все узлы компьютерного кластера выполняют одну и ту же задачу и управляются одной системой управления.
Серверы кластера обычно соединяются между собой по быстродействующей локальной сети, причем на каждом из серверов работает собственный экземпляр операционной системы. В большинстве случаев все вычислительные узлы кластера используют одинаковое оборудование и одну и ту же операционную систему. Однако в некоторых инсталляциях, например, с использованием платформы приложений для организации кластеров OSCAR (Open Source Cluster Application Resources), могут использоваться различные операционные системы или разное серверное оборудование.
Кластеры обычно развертываются для большей производительности и доступности, чем то, что можно получить от одного компьютера, пусть даже очень мощного. Часто такое решение более экономично, чем отдельные компьютеры.
Компоненты кластера
Вычислительные кластеры обычно состоят из следующих компонентов:
Виды кластеров
Различают следующие основные виды кластеров:
Кластеры высокой доступности
Кластеры высокой доступности НА (high-availability cluster) известны также как отказоустойчивые (failover) кластеры, построенные по схеме сети с большой избыточностью (redundancy). Они применяются для критических серверных приложений, например сервера баз данных. Компьютерный кластер может называться НА-кластером, если он обеспечивает доступность приложений не менее, чем «пять девяток», т. е. приложение должно быть доступно (uptime) в течение 99,999 % времени за год.
Чрезвычайно высокая доступность в НА-кластерах достигается за счет использования специального программного обеспечения и аппаратных решений со схемами обнаружения отказов, а также благодаря работе по подготовке к отказам.
ПО для НА-кластеров обычно заблаговременно конфигурирует узел на резервном сервере и запускает на нем приложение в фоновом режиме так, чтобы основной экземпляр приложения мог немедленно переключиться на свою реплику на резервном компьютере при отказе основного.
НА-кластеры обычно используются для терминальных серверов, серверов баз данных, почтовых серверов, а также для серверов общего доступа к файлам. Они могут быть развернуты как на одном местоположении («серверной ферме»), так и в географически разнесенных местоположениях.
Но не следует думать, что технология кластера высокой доступности, или вообще кластеризация, могут служить заменой резервному копированию (backup), а также решениям катастрофоустойчивости (disaster recovery).
Кластеры с балансировкой нагрузки
Балансировка нагрузки – это эффективное распределение входящего сетевого трафика в группе (кластере) серверов.
Современные веб-сайты должны одновременно обслуживать сотни тысяч и даже миллионы запросов от пользователей или клиентов и не слишком задерживать их в получении контента: текста, видео или данных приложений. Чем больше серверов будут обслуживать эти запросы, тем лучше будет качество воспринимаемого сервиса для клиентов. Однако может возникнуть ситуация, когда одни серверы сайта будут работать с перегрузкой, а другие будут почти простаивать.
Балансировщик нагрузки направляет запросы клиентов равномерно на все серверы кластера, которые способны ответить на те или иные запросы. Таким образом, балансировщик максимизирует процент использования вычислительной емкости, а также обеспечивает то, что ни один сервер не оказывается перегруженным, вызывая общую деградацию производительности кластера.
Если какой-то сервер отказывает, то балансировщик перенаправляет трафик на оставшиеся серверы. Когда новый сервер добавляется к группе (кластеру), то балансировщик автоматически перераспределяет нагрузку на всех серверах с учетом вновь вступившего в работу.
Таким образом, балансировщик нагрузки выполняет следующие функции:
Работа балансировщика нагрузки
Алгоритмы балансировки нагрузки
Различные алгоритмы балансировки предназначены для разных целей и достижения разных выгод. Можно назвать следующие алгоритмы балансировки:
Программная и аппаратная балансировка нагрузки
Балансировщики нагрузки бывают двух типов: программные и аппаратные. Программные балансировщики можно установить на любой сервер достаточной для задачи емкости. Поставщики аппаратных балансировщиков просто загружают соответствующее программное обеспечение балансировки нагрузки на серверы со специализированными процессорами. Программные балансировщики менее дорогие и более гибкие. Можно также использовать облачные решения сервисов балансировки нагрузки, такие как AWS EC2.
Высокопроизводительные кластеры (HPC)
Высокопроизводительные вычисления HPC (High-performance computing) – это способность обрабатывать данные и выполнять сложные расчеты с высокой скоростью. Это понятие весьма относительное. Например, обычный лэптоп с тактовой частотой процессора в 3 ГГц может производить 3 миллиарда вычислений в секунду. Для обычного человека это очень большая скорость вычислений, однако она меркнет перед решениями HPC, которые могут выполнять квадриллионы вычислений в секунду.
Одно из наиболее известных решений HPC – это суперкомпьютер. Он содержит тысячи вычислительных узлов, которые работают вместе над одной или несколькими задачами, что называется параллельными вычислениями.
HPC очень важны для прогресса в научных, промышленных и общественных областях.
Такие технологии, как интернет вещей IoT (Internet of Things), искусственный интеллект AI (artificial intelligence), и аддитивное производство (3D imaging), требуют значительных объемов обработки данных, которые экспоненциально растут со временем. Для таких приложений, как живой стриминг спортивных событий в высоком разрешении, отслеживание зарождающихся тайфунов, тестирование новых продуктов, анализ финансовых рынков, – способность быстро обрабатывать большие объемы данных является критической.
Чтобы создать HPC-кластер, необходимо объединить много мощных компьютеров при помощи высокоскоростной сети с широкой полосой пропускания. В этом кластере на многих узлах одновременно работают приложения и алгоритмы, быстро выполняющие различные задачи.
Чтобы поддерживать высокую скорость вычислений, каждый компонент сети должен работать синхронно с другими. Например, компонент системы хранения должен быть способен записывать и извлекать данные так, чтобы не задерживать вычислительный узел. Точно так же и сеть должна быстро передавать данные между компонентами НРС-кластера. Если один компонент будет подтормаживать, он снизит производительность работы всего кластера.
Существует много технических решений построения НРС-кластера для тех или иных приложений. Однако типовая архитектура НРС-кластера выглядит примерно так, как показано на рисунке ниже.
Примеры реализации вычислительного кластера
В лаборатории вычислительного интеллекта создан вычислительный кластер для решения сложных задач анализа данных, моделирования и оптимизации процессов и систем.
Кластер представляет собой сеть из 11 машин с распределенной файловой системой NFS. Общее число ядер CPU в кластере – 61, из них высокопроизводительных – 48. Максимальное число параллельных высокоуровневых задач (потоков) – 109. Общее число ядер графического процессора CUDA GPU – 1920 (NVidia GTX 1070 DDR5 8Gb).
На оборудовании кластера успешно решены задачи анализа больших данных (Big Data): задача распознавания сигнала от процессов рождения суперсимметричных частиц, задача классификации кристаллических структур по данным порошковой дифракции, задача распределения нагрузки электросетей путем определения выработки электроэнергии тепловыми и гидроэлектростанциями с целью минимизации расходов, задача поиска оптимального расположения массива кольцевых антенн и другие задачи.
Архитектура вычислительного кластера
Другой вычислительный НРС-кластер дает возможность выполнять расчеты в любой области физики и проводить многодисциплинарные исследования.
Графические результаты расчета реактивного двигателя, полученные на НРС-клатере (источник: БГТУ «ВОЕНМЕХ»)
На рисунке показана визуализация результатов расчета реактивного двигателя, зависимость скорости расчетов и эффективности вычислений от количества ядер процессора.
Что такое кластер?
У термина «кластер» существует довольно много различных определений, но так как мы на ресурсе, который посвящен компьютерной тематике, то мы остановимся только на значениях непосредственно нас касающихся.
Кластер – группа компьютеров
Наверное многие из вас сталкивались с проблемой «притормаживания» на компьютере. А вы никогда не задумывались, что производительность можно увеличить за счёт использования ресурсов сразу нескольких компьютеров? Действительно, для решения многих сложных и трудоёмких задач можно использовать сразу несколько вычислительных машин. Причем, чем больше компьютеров в такой связке мы используем, тем быстрее мы получим желаемый результат. Именно такое использование компьютеров получило название КЛАСТЕР.
Кластер – единица хранения данных
Наиболее часто с понятием «кластер» пользователи компьютера сталкивается при форматировании флешки, диска либо какого-нибудь другого носителя информации.
На рисунке диалоговые окно форматирования диска на операционной системе Windows 7. Это окно практически не отличается в разных ОС семейства Windows.
В диалоговом окне мы видим, что один из параметров форматирования носит название «Размер кластера». Давайте вместе разберемся, что такое кластер и зачем так важно определять его размер.
Чтобы прочитать файл, жесткому диску приходится считывать её из с разных участков своей памяти. Думаю, понятно, что считывание информации с различных областей диска может существенно замедлять работу системы, ведь гораздо проще считывать информацию последовательно, чем прыгать с места на место.
Понятие кластер, в нашем случае, как раз и относится к этим участкам носителя информации. Кластер – это участки памяти на диске, имеющие определенный заданный объем, являющийся минимальным для хранения файлов.
Какой размер кластера выбрать?
Мы могли бы ломать голову о выборе размера кластера, если бы разработчики Windows не сделали все за нас. Под пунктом «по умолчанию» или «стандартный размер кластера», в диалоговом окне форматирования, как раз скрывается цифра (размер кластера), которая является золотой серединой баланса скорости и производительности системы.
Размер кластера «по умолчанию» не имеет какого-то определенного значения, он рассчитывается исходя из типа файловой системы и размера носителя информации.
Расскажете об этой статье своим друзьям:
Файловая система и размер кластера при форматировании
Перед началом работы с диском, флешкой или другим носителем информации его необходимо отформатировать. При форматировании надо выбрать файловую систему и установить для нее размер кластера.
В данной статье даются самые базовые сведения о том, как организуется хранение информации на дисках, что такое файловая система, кластер и как оптимальным образом выбрать размер кластера при форматировании.
Файловая система и ее виды
Система отвечает за запись информации на носитель, ее поиск, чтение и удаление. Некоторые системы дополнительно могут шифровать информацию, разграничивать права доступа и обеспечивать совместный доступ к файлам.
На сегодняшний день наиболее распространены следующие системы:
Размещение информации на жестком диске
Жесткий диск компьютера физически представляет из себя металлический диск, на поверхность которого нанесен магнитный слой. Диск вращается с постоянной скоростью, а над его поверхностью, не касаясь ее, скользят магнитные головки. При записи магнитные головки оставляют на поверхности намагниченный след — дорожку. Дорожка делится на сектора, в которые, собственно, и записывается информация. В стандартном секторе 512 байт информации. Головки могут двигаться от края диска к центру, формируя на его поверхности множество дорожек. Номер дорожки и номер сектора на ней однозначно определяют положение информации на диске.
Что такое кластер
Итак, минимальный фрагмент информации на диске — это сектор размером 512 байт.
Работать с фрагментами такого малого размера не всегда удобно, поэтому файловая система работает не с отдельными секторами, а с блоками секторов, называемыми кластерами.
Величина кластера может меняться в зависимости от того, сколько секторов объединяется в кластер. Минимальный размер кластера — 512 байт, максимальный — 32 МБ.
Таким образом, минимальный фрагмент информации, который может быть записан на диск или считан с него, равен в общем случае не сектору, а кластеру.
На что влияет размер кластера
С точки зрения операционной системы диск представляет собой массив минимальных блоков информации — кластеров.
При записи файла он всегда занимает на диске определенное число блоков. Например, при записи файла в 12 байт он занимает на диске минимальное возможное пространство в 1 блок. При величине блока в 512 байт реально используется 12 байт, а остальные 500 теряются бесполезно.
Таким образом, чем меньше блок, тем более экономно расходуется дисковое пространство.
Длинный файл представляет собой цепочку блоков. Чем меньше размер, тем больше блоков в цепочке. Блоки могут оказаться разбросаны по разным секторам и дорожкам весьма хаотично. Контроллеру диска придется разыскивать последовательно блок за блоком на разных дорожках, и этот процесс может занять значительное время.
Чем больше кластер, тем меньше их в файле, и тем быстрее происходит его поиск, чтение или запись.
Оптимальная величина кластера — это компромисс между скоростью и экономией дискового пространства.
Размер кластера в разных файловых системах
Для каждой системы определена величина кластера по умолчанию.
Этот размер считается оптимальным и установится автоматически, если при форматировании носителя не установить другой размер принудительно.
Для наиболее популярных систем эти значения будут равны:
Значение по умолчанию имеет смысл использовать при форматировании диска в подавляющем большинстве случаев.
Что такое форматирование
Форматирование носителя — это его разметка для подготовки к использованию для чтения или записи информации.
Различают низкоуровневое и высокоуровневое форматирование.
Различают два вида форматирования: быстрое и полное.
Файловая система для флешки
Флеш-накопители на заводе по умолчанию форматируются под FAT-32.
Это наиболее универсальная на сегодняшний день система, с которой работают практически все устройства: как старые, так и новые.
Единственное практически важное ограничение — размер файла не может быть больше 4 Гб.
Если есть необходимость записи файлов более 4 Гб, например, игр или фильмов, можно отформатировать под NTFS или под ExFAT. Но будьте готовы к тому, что более старые устройства не смогут работать с этими системами.
Размер кластера при форматировании флешки
Общее правило форматирования: чем больше длина файлов, которые предполагается хранить, тем большую величину следует выбирать при форматировании. При отсутствии особых показаний оставлять значение по умолчанию.
Видео
Из этого видео вы узнаете, как самостоятельно правильно отформатировать флешку.
Кластер по информатике «Системы объектов»
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Кластер «Системы объектов».
Прием «Кластер» Графическая форма организации информации, когда выделяются основные смысловые единицы, которые фиксируются в виде схемы с обозначением всех связей между ними. Он представляет собой изображение, способствующее систематизации и обобщению учебного материала.
Материал может быть использован для обобщения и систематизации знаний учащихся, кластер представляет собой шаблон, требующий его заполнения.
Номер материала: ДБ-1665807
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Учителя о ЕГЭ: секреты успешной подготовки
Время чтения: 11 минут
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
В Госдуме проверят содержание учебников русского языка как иностранного
Время чтения: 2 минуты
В российских школах могут появиться «службы примирения»
Время чтения: 1 минута
Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст
Время чтения: 1 минута
Минздрав включил вакцинацию подростков от ковида в календарь прививок
Время чтения: 1 минута
Московские школьники победили на международной олимпиаде по информатике
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Кластер
Кластер — это группа компьютеров (узлов), которые объединены высокоскоростными каналами связи. Кластер также является совокупностью нескольких вычислительных систем для выполнения общих приложений. Пользователь видит эту совокупность как единую систему.
Какие бывают кластеры: основные виды
Кластер — это разновидность параллельной системы (обработка данных идет на всех узлах параллельно), которая состоит из нескольких связанных между собой компьютеров, а также используется как единый вычислительный ресурс. Кластеры подразделяются на следующие категории:
Как появились кластеры: краткая история
Причиной появления кластеров служат разработки в области компьютерных сетей. Так, в начале 1970-х годов группой разработчиков протокола TCP/IP и лабораторией Xerox PARC были закреплены стандарты сетевого взаимодействия, и уже в 1971 году в США (штат Пенсильвания) появился первый кластер C.mpp. Однако, механизмы для распределения задач были созданы только в 1983 году. Этим занималась компания Sun Microsystems. Первым коммерческим проектом является кластер ARCnet, созданный компанией Datapoint в 1977 году. Он стал настолько прибыльным, что это затормозило развитие кластеров до 1984 года, когда компания DEC создала VAXcluster на основе операционной системы VAX. В 1989 году вышел в свет готовый проект под названием Parallel Virtual Machine (PVM). Благодаря PVM появилась возможность мгновенного создания кластеров. В 1995 году было создано семейство кластеров Beowulf, позволяющее объединить компьютеры единой сетью передачи данных.
Таким образом, основными достоинствами кластеров считают возможность распределенных вычислений, высокую производительность и отказоустойчивость, благодаря которым возрастает скорость работы с данными и уменьшается риск их потери в случае выхода из строя одного из компьютеров. Поэтому кластеры являются неотъемлемой частью технологий работы с большими данными (Big Data), включая различные направления Data Science, такие как аналитические системы на базе алгоритмов машинного обучения (Machine Learning) и других методов искусственного интеллекта. Например, здесь мы рассказываем о структуре и принципах работы кластеров Apache Kafka.