چند کامپیوتری ها

چند کامپیوتری ها

اسلاید 1: چندکامپیوتری هاتعریفمجموعه ای از گره های متصل به هم که حافظه اشتراکی RAM ندارند. گره کوچکترین عنصر چندکامپیوتری است و آن شامل CPU، حافظه و کارت رابط شبکه می باشد.یک گره می تواند شامل چند پردازنده باشد.سیستم چندکامپیوتری بعنوان سیستم خوشه بندی نیز شناخته می شود. 1

اسلاید 2: سخت افزار چندکامپیوتریتوپولوژی های اتصال گره ها(a) سوئیچ تکی(b) حلقه(c) گرید(d) double torus(e) مکعب(f) اَبَر مکعبی2

اسلاید 3: سخت افزار چندکامپیوتریطرح راهگزینیراهگزینی بسته ای با ذخیره سازی و انتقال به جلو3

اسلاید 4: سخت افزار چندکامپیوتریبردهای رابط شبکه در یک سیستم چندکامپیوتری با چهار گره4

اسلاید 5: نرم افزار ارتباطی در سطح پاییناگر چند پروسس روی یک اجرا شونددسترسی به شبکه جهت ارسال بسته ها نیاز است.نگاشت کارت شبکه به تمامی پروسس های که به آنها نیاز است.اگر کرنل نیاز به دسترسی شبکه داشته باشد.دو کارت شبکه نیاز است.یکی برای فضای کاربر و دیگری برای کرنل5

اسلاید 6: نرم افزار ارتباطی در سطح پایینارتباط گره با کارت شبکهاستفاده از حلقه ی فرستنده و گیرندههماهنگی CPU اصلی با CPU برد شبکه6

اسلاید 7: نرم افزار ارتباطی در سطح کاربرحداقل سرویس را فراهم می کندفرمان های ارسال و دریافتفراخوانی های بلوک نمودن سنکرون می باشند.(a) فراخوانی ارسال بلوک نمودن(b) فراخوانی ارسال بدون بلوک نمودن7

اسلاید 8: فراخوانی از راه دور روالشکل بالا مراحل فراخوانی از را دور یک روال را نشان می دهد.Stub ها با رنگ خاکستری مشخص شده اند.8

اسلاید 9: فراخوانی از راه دور روالملاحضات پیاده سازیاشاره گره ها را نمی توان عبور دادهفراخوانی با مرجع باید به copy-restore تبدیل می گردد.زبان های که روی تایپ پارامترها ضعیف عمل می کنند.اندازه پارامترها را client-stub نمی تواند مشخص کند.همیشه نوع پارامترها را نمی توان مشخص نمود.متغییرهای سرتاسری نمی توانیم استفاده کنیمممکن است به ماشین راه دور انتقال یابند.9

اسلاید 10: حافظه ی اشتراکی توزیع شده(DSM)لایه های سیستم های چندین پردازنده ای که حافظه ی اشتراکی دارند.(a) چند پردازنده ای در لایه سخت افزار(b) چند کامپیوتری در لایه سیستم عامل(c) سیستم های توزیع شده در لایه نرم افزار کاربر10

اسلاید 11: حافظه ی اشتراکی توزیع شده(DSM)تکرار(a) صفحات روی چهار گره توزیع شده اند(b) CPU0 صفحه ی 10 را می خواهد بخواند(c) CPU1 صفحه ی 10 را می خواهد بخواند11

اسلاید 12: حافظه ی اشتراکی توزیع شده(DSM)یکی از مشکلات DSM اشتراک نادرست(False Sharing) است.در این حالت یک صفحه ی اشتراکی بین دو گره بطور مداوم رد و بدل می گردد.12

اسلاید 13: زمانبندی چندکامپیوتریالگوریتم قطعی مبتنی بر تئوری گرافگراف نشان دهنده ارتباط بین پروسس ها می باشد.در هر گره چندکامپیوتری یک مجموعه پروسس زمانبندی می شود.هدف از زمانبندی تعادل بار محاسبات بین گره ها می باشد.پارامتر دیگر برای زمانبندی کاهش با ترافیک بین گره ها می باشد.Process13

اسلاید 14: زمانبندی چندکامپیوتریالگوریتم ارسال پروسسموقعی که گره ای تعداد پروسس های آن زیاد می شود، پروسس های جدید ایجاد شده را به گره های دیگر ارسال می کند. این الگوریتم زمانبندی جهت تعادل بار محاسباتی در سیستم های چند کامپیوتری استفاده می شود.14

اسلاید 15: زمانبندی چندکامپیوتریالگوریتم دریافت پروسسموقعی که گره ای، پروسسی برای اجرا نداشته باشد، از گره ها تقاضای دریافت پروسس می کند.الگوریتم دریافت و ارسال پروسس مکمل یکدیگر هستند و در جهت تعادل بار محاسباتی در سیستم های چند کامپیوتری عمل می کنند.15

اسلاید 16: سیستم های خوشه بندیسیستم های خوشه بندی از خانواده سیستم های چندکامپیوتری می باشدسیستم خوشه بندی از اتصال یک مجموعه کامپیوتر به هم تشکیل می شود و آن بعنوان یک منبع محاسباتی واحد عمل می نماید.هدف از استفاده از سیستم های خوشه بندی کارایی و دسترسی بالا می باشد.16

اسلاید 17: ویژگیهای خوشه بندیمقیاس پذیری مطلقسیستم های خوشه بندی را می توانیم با هر تعداد کامپیوتر ایجاد کنیم و محدودیتی روی تعداد گره های آن وجود ندارد.مقیاس پذیری افزایشیسیستم را می توانیم با افزایش گره ها به تدریج توسعه دهیم.دسترسی بالاتحمل خرابی سیستم بالا است، به عبارتی خرابی یک یا چند گره باعث خرابی کل سیستم نمی شود.کارایی بالا و هزینه پایینکارایی و قیمت نسبت به سیستم های مشابه همانند سوپرکامپیوترها بسیار مناسب است.17

اسلاید 18: دسته بندی خوشه هاساده ترین دسته بندی برمبنای وجود یا عدم وجود حافظه ی اشتراکی دیسک می باشد.شکل(a) یک خوشه با دو گره را بدون حافظه ی اشتراکی نشان می دهد.شکل(b) یک خوشه با دو گره همراه حافظه اشتراکی RAID را نشان می دهد.18

اسلاید 19: روش های خوشه بندی : ویژگی ها و محدودیتها19

اسلاید 20: روش های خوشه بندی : ویژگی ها و محدودیتها20

اسلاید 21: سیستم عامل خوشه بندیمشخصاتمدیریت خرابی: دسترسی بالای سیستم و تحمل خرابیتعادل بار: تقسیم عادلانه بار محاسباتی روی کامپیوترهای خوشه. موقعی که کامپیوتر جدید به خوشه اضافه می شود، آن به طور اتوماتیک در زمانبندی محاسبات شرکت داده می شود.محاسبات موازی: شناسایی قسمت های موازی و سری یک برنامه کاربردی جهت اجرا21

اسلاید 22: معماری سیستم خوشه بندی22

اسلاید 23: معماری سیستم خوشه بندیکامپیوترهای مستقل با LAN پرسرعت یا سوئچ به هم متصل می شوند.هر کامپیوتر می تواند به طور مستقل کار کند.لایه میان افزار(Middleware) نرم افزاری است که روی هر کامپیوتر جهت فعال نمودن عملیات خوشه بندی نصب می شود.ایجاد تصویری از یک سیستم یکپارچهدسترسی بالا و تعادل بار23

اسلاید 24: سرویس ها و توابع لایه میان افزاریک نقطه ورودی: یک کاربر می تواند سیستم را فعال کند.یک سیستم فایلیک نقطه کنترل: یک گره کنترل پیش فرض برای مدیریتیک شبکه مجازی: هر گره می تواند به هر نقطه خوشه دسترسی داشته باشدیک فضای حافظه: استفاده از مدیریت DSM جهت مدیریت حافظه اشتراکی دیسک.24

اسلاید 25: سرویس ها و توابع لایه میان افزاریک سیستم مدیریت کارهایک رابط کاربریک فضای I/Oیک فضای حالت برای پروسس هامهاجرت پروسس ها جهت تعادل بار25

اسلاید 26: مقایسه ی خوشه بندی و چندپردازنده ایچندپردازندهای براحتی قابلیت مدیریت و پیکربندی هستند.چندپردازنده ای فضای کمتر و انرژی کمتر مصرف می کند.خوشه بندی براحتی قابل گسترش است.دسترسی و قابلیت تحمل خرابی خوشه بندی بالا است.26

اسلاید 27: مثال های از خوشه بندیمثال 1: α درصد کد برنامه ای موازی است که می تواند روی n کامپیوتر در یک خوشه به طور موازی اجرا شود، مابقی کد برنامه ی فوق باید به صورت ترتیبی روی یک کامپیوتر اجرا گردد. هر پردازنده خوشه دارای سرعت x MIPS می باشد. MIPS (Million Instruction Per Second)الف) یک رابطه برای سرعت مؤثر برای اجرای این برنامه روی سیستم خوشه بندی برحسب پارامترهای n، α و x بدست آورید.ب)اگر n=16 و x=4 MIPS باشد، مقدار α را برای آنکه کارایی سیستم خوشه بندی 40 MIPS شود را بدست آورید.27

اسلاید 28: مثال های از خوشه بندی 28

اسلاید 29: مثال های از خوشه بندیمثال 2: یک برنامه کاربردی روی یک خوشه با 9 کامپیوتر اجرا می شود. زمان اجرایی این برنامه T می باشد. 25% زمان T برای اجرای برنامه ی فوق به طور همزمان روی 9 کامپیوتر صرف می شود و مابقی زمان مربوط به اجرای سری آن روی یک کامپیوتر است.الف) افزایش سرعت اجرای این برنامه روی سیستم خوشه بندی را نسبت به اجرای آن روی یک کامپیوتر را بدست آورید.ب)در صد موازی α این برنامه را بدست آوریدج) اگر تعداد کامپیوترهای سیستم خوشه بندی را ار 9 به 18 افزایش دهیم، افزایش سرعت را نسبت به کامپیوتر تکی بدست آورید. 29

اسلاید 30: مثال های از خوشه بندی 30

اسلاید 31: مثال های از خوشه بندیمثال 3: قطعه برنامه ی زیر روی یک کامپیوتر و به طور موازی روی یک سیستم خوشه بندی با 32 کامپیوتر اجرا می گردد.L1: for(I=1; I<=1024; I++) {L2: SUM[I]=0;L3: for(J=1; J<=I;J++)L4: SUM[I]=SUM[I]+I;L5: } // end of for Iدستورات L2 و L4 در دوسیکل ماشین اجرا می شوند و از بالاسری کنترل حلقه در دستورات L1 ، L3 و L5 صرفنظر می کنیم:31

اسلاید 32: مثال های از خوشه بندیادامه مثال 3:الف) زمان اجرایی کل این قطعه برنامه را روی یک کامپیوتر برحسب تعداد سیکل های ماشین بدست آورید. ب) اگر حلقه ی I را برای اجرای موازی روی 32 کامپیوتر سیستم خوشه بندی به ترتیبات 32:1 برای کامپیوتر 1، 64:33 برای کامپیوتر 2،....... و 993:1024 برای کامپیوتر 32 تقسیم بندی کنیم، زمان اجرایی آن را برحسب تعداد سیکل های ماشین بدست آورید. افزایش سرعت نسبت به کامپیوتر تکی چقدر خواهد شد.ج) در روش تقسیم بندی حلقه (الف) بار محاسباتی روی کامپیوتر ها متعادل نمی باشد. روشی پیشنهاد دهید که تعادل بار روی کامپیوتر ها رعایت شود. در این حالت زمان اجرایی و افزایش سرعت را بدست آورید.32

اسلاید 33: مثال های از خوشه بندی 33

اسلاید 34: مثال های از خوشه بندیمثال 4:یک قطعه کد روی یک سیستم تک پردازنده ای A با زمان T ثانیه اجرا می شود. این قطعه کد از دو قسمت موازی و سریال تشکیل شده است. قسمت موازی این قطعه کد می تواند روی یک سیستم خوشه بندی چهار پردازنده ای با چهار پردازنده نوع A با چهار برابر سرعت اجرا شود. چند درصد قطعه کد فوق باید موازی باشد، تا موقعی که کل قطعه کد فوق را روی سیستم چهار پردازنده ای با چهار پردازنده نوع A اجرا کنیم، افزایش سرعت دو برابری نسبت به سیستم تک پردازنده ای A داشته باشیم. 34

اسلاید 35: مثال های از خوشه بندی 35