Pengkomputeran kluster bukanlah bidang baharu. Walau bagaimanapun, baru-baru ini minat terhadap mereka telah meningkat dengan ketara - banyak organisasi menganggap kluster sebagai alat utama untuk menyelesaikan masalah seperti meningkatkan prestasi aplikasi, memastikan ketersediaan tinggi, serta berskala tinggi sistem pengkomputeran mereka.

Kemajuan dalam teknologi kelompok dalam dekad yang lalu telah memungkinkan untuk menggunakan komputer yang murah untuk membinanya. Keberkesanan kos, kuasa pengkomputeran dan fleksibiliti kluster sedemikian telah menjadikannya alternatif yang menarik kepada model pengkomputeran berpusat berdasarkan superkomputer tradisional (selepas ini, dengan perkataan "kluster" kita akan bermaksud produk massa, berbanding dengan "pesanan khas ”).

Kelompok muncul sebagai alternatif yang murah dan cekap kepada superkomputer satu kes dengan seni bina tertutup asal. Dibina pada komponen luar biasa, ia digunakan secara meluas untuk pengkomputeran berprestasi tinggi, ketersediaan dan kebolehskalaan. Dan jika peluang pertama menarik minat terutamanya kalangan akademik, maka dua yang terakhir sangat menarik untuk perniagaan dalam apa jua saiz. Dan bukan sahaja menarik, tetapi juga berpatutan.

Hari ini, kluster murah daripada komponen yang dalam pengeluaran besar-besaran boleh dipasang oleh hampir mana-mana syarikat komputer yang menghargai diri sendiri, dan dengan keluaran OS kluster seperti Windows Computing Cluster Server 2003, yang membolehkan pemasangan yang agak mudah, peringkat permulaan. penyelesaian kelompok semakin tersedia untuk perniagaan kecil dan sederhana. Dan, mungkin, nampaknya tidak munasabah untuk menganggap bahawa pengurangan kekal dalam harga bagi komponen perkakasan dan perisian serta teknologi rangkaian berkelajuan tinggi tidak lama lagi akan menjadikan kluster peringkat permulaan sebagai elemen biasa sistem maklumat dalam sebarang skala.

Oleh itu, dalam Topik minggu yang didedikasikan untuk pengkomputeran kluster, kami cuba memasukkan bukan sahaja bahagian gambaran keseluruhan, tetapi juga artikel tentang produk tertentu yang sudah pasti akan menjadi permintaan dalam masa terdekat oleh perniagaan Ukraine. Khususnya, pembaca akan mendapati di sini kedua-dua pelajaran praktikal yang dijalankan dalam Makmal Ujian kami dan penerangan tentang sistem pengendalian kluster Windows Computing Cluster Server 2003/2008, yang mempunyai setiap peluang untuk menjadi popular.

Pertama sekali, mari kita ingat definisi kluster. Ini adalah nama sistem pengkomputeran tempatan (berbanding dengan diedarkan), yang terdiri daripada banyak komputer bebas yang disambungkan oleh saluran penghantaran data. Lokasi kluster terletak pada fakta bahawa semua subsistemnya "kelihatan" dalam satu domain pentadbiran, dan ia diuruskan sebagai satu sistem pengkomputeran. Komputer yang merupakan sebahagian daripada kluster dipanggil nod. Biasanya ini adalah komputer sejagat yang dihasilkan secara besar-besaran yang boleh berfungsi secara bebas. Nod boleh menjadi tunggal atau berbilang pemproses (konfigurasi SMP). Dalam reka bentuk klasik, semua nod berkongsi memori luaran pada tatasusunan cakera keras semasa menjalankan aplikasi, menggunakan HDD dalaman untuk fungsi yang lebih khusus. Untuk komunikasi antara nod, beberapa teknologi rangkaian standard biasanya digunakan, walaupun ini tidak mengecualikan saluran komunikasi yang dibangunkan secara berasingan. Rangkaian kluster adalah berasingan - ia diasingkan daripada persekitaran rangkaian luaran.

Pengelasan

Kluster boleh dikelaskan mengikut pelbagai kriteria, tetapi selalunya ia dibahagikan kepada tiga kategori, yang ditentukan oleh sifat dan tujuan aplikasi.

Kelompok Ketersediaan Tinggi (HA).. Kadang-kadang mereka juga dipanggil toleran kesalahan. Kelompok sedemikian direka bentuk untuk menyediakan pengguna akhir akses tanpa gangguan kepada data atau perkhidmatan (biasanya perkhidmatan web). Biasanya, satu contoh aplikasi berjalan pada satu nod, dan apabila nod itu tidak tersedia, kawalan ke atasnya diambil alih oleh nod lain (Rajah 1). Seni bina ini juga membolehkan pembaikan dan penyelenggaraan pencegahan tanpa menghentikan perkhidmatan. Di samping itu, jika satu nod gagal, perkhidmatan boleh dipulihkan tanpa menjejaskan ketersediaan yang lain. Benar, prestasi sistem akan berkurangan.

Kelompok ketersediaan tinggi ialah pilihan terbaik untuk menjalankan aplikasi atau pangkalan data kritikal misi, mel, fail, cetakan, web dan pelayan aplikasi. Tidak seperti pengkomputeran teragih dan selari, kelompok ini dengan mudah dan telus membolehkan aplikasi sedia ada organisasi bukan kelompok khusus, membolehkan rangkaian berkembang dengan lancar apabila perniagaan berkembang.

Kluster Pengimbangan Beban. Kelompok jenis ini mengedarkan permintaan masuk merentas berbilang nod yang menjalankan program yang sama atau mengehoskan kandungan yang sama (Rajah 2). Setiap nod mampu memproses permintaan untuk aplikasi atau kandungan yang sama. Jika mana-mana nod gagal, permintaan akan diedarkan semula antara yang selebihnya. Biasanya, kelompok tersebut digunakan untuk pengehosan web.

Kedua-dua teknologi kluster yang dibincangkan di atas boleh digabungkan untuk meningkatkan kebolehpercayaan, ketersediaan dan kebolehskalaan aplikasi.

Kluster untuk pengkomputeran berprestasi tinggi (Kluster Berprestasi Tinggi, HPC). Secara tradisinya, pengkomputeran selari dilakukan pada sistem berbilang pemproses yang direka khusus untuk tujuan ini. Di dalamnya, banyak pemproses berkongsi memori biasa dan antara muka bas dalam satu komputer. Dengan kemunculan teknologi pensuisan berkelajuan tinggi, ia menjadi mungkin untuk menggabungkan komputer ke dalam kelompok untuk pengkomputeran selari.

Kelompok selari ialah sistem yang menggunakan banyak nod untuk menyelaraskan pengiraan untuk menyelesaikan masalah tertentu. Tidak seperti pengimbangan beban dan kelompok ketersediaan tinggi, yang mengedarkan permintaan/tugas antara nod yang memprosesnya secara keseluruhan, dalam persekitaran selari, permintaan dibahagikan kepada banyak subtugas, yang seterusnya diagihkan untuk pemprosesan antara nod dalam kelompok. Kelompok selari digunakan terutamanya untuk aplikasi yang memerlukan pengiraan matematik yang intensif.

Komponen kluster

Blok binaan asas (komponen) kluster dibahagikan kepada beberapa kategori: nod itu sendiri, perisian kluster, rangkaian khusus yang menukar data antara nod dan protokol rangkaian yang sepadan.

Nod

Nod reka bentuk telah berhijrah daripada casis alas tradisional kepada sistem multipemproses rak tunggal dan pelayan bilah yang memberikan kepadatan pemproses yang lebih tinggi dalam persekitaran yang terhad ruang.

Baru-baru ini, prestasi pemproses, memori, kelajuan capaian cakera keras dan kapasitinya telah meningkat dengan ketara. Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa dengan ini, dalam beberapa kes eksponen, peningkatan prestasi, kos teknologi ini telah menurun dengan ketara.

Dalam kes biasa, nod dalam kelompok boleh menjadi nod kawalan (tuan) atau nod pengkomputeran (hamba) (Rajah 3). Hanya ada satu nod utama. Ia bertanggungjawab untuk pengendalian kluster, dan juga kunci kepada perisian tengah kluster, proses penghalaan, penghantaran dan pemantauan keadaan setiap nod pengkomputeran. Yang terakhir melakukan pengiraan dan operasi dengan sistem storan data. Nod ini pada asasnya ialah komputer kendiri yang berfungsi sepenuhnya dan biasanya dijual sebagai desktop atau pelayan di luar kotak.

Perisian

Seperti komputer meja biasa, OS kluster ialah nadi bagi setiap nod. Ia tidak kelihatan semasa sebarang tindakan pengguna, sama ada mengakses sistem fail, menghantar mesej atau memulakan proses tambahan. Pengguna boleh memilih paradigma pengaturcaraan atau perisian tengah yang berbeza, tetapi OS kluster adalah sama untuk semua orang.

Lakaran reka bentuk OS biasa ditunjukkan dalam jadual. Ia menunjukkan blok asas nod tradisional. Peranan utama OS kluster adalah terutamanya untuk memultiplekskan berbilang proses pengguna ke satu set komponen perkakasan (pengurusan sumber) dan menyediakan abstraksi berguna untuk perisian peringkat tinggi. Beberapa abstraksi ini termasuk perlindungan sempadan memori, proses/benang dan penyelarasan komunikasi, dan pengurusan peranti. Perlu diingatkan bahawa kebanyakan fungsi khusus kluster dilakukan oleh middleware. Dan ada sebab untuk ini. Sememangnya, OS kluster agak kompleks, dan tidak selalu jelas bagaimana perubahan yang dibuat akan mempengaruhi sistem lain. Oleh itu, adalah lebih baik untuk menjalankan pengubahsuaian yang diperlukan di peringkat middleware, dan fungsi baharu yang ditambah kepadanya boleh dialihkan ke sistem pengendalian lain.

Dalam definisi kluster di atas, disebutkan bahawa ia boleh dilihat oleh pentadbir dan pengguna sebagai sistem pengkomputeran tunggal. Ini dicapai menggunakan Imej Sistem Tunggal (SSI). Inilah yang menyembunyikan sifat heterogen dan teragih sumber yang ada dan membentangkannya kepada pengguna dan aplikasi sebagai sumber pengkomputeran tunggal. SSI boleh dilaksanakan pada satu atau lebih peringkat berikut: perkakasan, OS, perisian tengah dan/atau aplikasi. Berikut ialah contoh beberapa perkhidmatan utama yang disediakan oleh kluster SSI:

• titik masuk tunggal;
• antara muka pengguna bersatu;
• ruang proses tunggal;
• memori tunggal dan ruang I/O;
• hierarki fail bersatu;
• satu titik kawalan dan pengurusan.

Sistem seperti Saluran Memori Digital/Compaq dan Memori Dikongsi Teragih menyediakan SSI pada peringkat perkakasan dan membenarkan pengguna melihat kluster sebagai sistem memori dikongsi. Sistem pengendalian SCO UnixWare NonStop Cluster, Sun Solaris-MC, GLUNIX dan MOSIX menyokong SSI pada peringkat kernel.

Pelaksanaan SSI pada setiap peringkat di atas mempunyai kebaikan dan keburukan. Oleh itu, lapisan perkakasan boleh memberikan tahap ketelusan tertinggi, tetapi disebabkan seni bina yang tegar, ia tidak kurang fleksibel daripada yang diperlukan untuk sambungan dan penambahbaikan sistem. Lapisan kernel menyediakan SSI kepada pembangun dan pengguna akhir, tetapi terlalu mahal dan sukar untuk diubah suai. Kelebihan utama lapisan aplikasi berbanding lapisan kernel ialah pada lapisan pertama, SSI dilaksanakan secara berperingkat dan pengguna menerima keupayaan serta-merta, manakala pada lapisan terakhir, produk tidak boleh pergi ke pasaran sehingga semua komponen kernel menyokong SSI. Lapisan middleware ialah kompromi antara dua mekanisme pelaksanaan SSI yang dinyatakan di atas.

Peralatan rangkaian dan protokol

Penciptaan kluster awam hanya boleh dilakukan berkat teknologi rangkaian yang mencukupi untuk komunikasi antara nod. Kelompok awam termasuk satu atau lebih rangkaian khusus untuk menghantar paket mesej dalam sistem yang diedarkan. Ini membezakan gugusan daripada ensemble komputer autonomi yang disambungkan secara longgar melalui LAN kongsi.

Hari ini, pembangun kluster mempunyai banyak peluang untuk memilih teknologi rangkaian. Memandangkan kos peralatan rangkaian untuk kluster berbeza daripada "hampir tiada" kepada beberapa ribu dolar setiap nod, ini mungkin bukan komponen terakhir dalam menentukan harga produk. Amalan menyediakan contoh membina kelompok yang sangat cekap menggunakan peralatan rangkaian yang murah yang boleh dilihat dalam LAN biasa. Pada masa yang sama, produk rangkaian individu yang direka khusus untuk komunikasi kelompok adalah setanding dari segi kos dengan stesen kerja. Pilihan teknologi rangkaian bergantung pada beberapa faktor: harga, prestasi, keserasian dengan perkakasan dan perisian kluster lain, serta ciri komunikasi aplikasi yang akan dijalankan pada kluster.

Prestasi rangkaian biasanya diterangkan dari segi kependaman dan lebar jalur. Kependaman ialah tempoh masa daripada permintaan untuk data kepada penerimaannya, atau masa yang diperlukan untuk ia dipindahkan dari satu komputer ke komputer lain, termasuk overhed perisian untuk menjana mesej dan masa yang diperlukan untuk memindahkan bit. Sebaik-baiknya, aplikasi yang ditulis untuk kelompok harus mempunyai pemesejan yang minimum. Jika aplikasi menghantar sejumlah besar mesej ringkas, maka prestasinya akan bergantung pada kependaman rangkaian, tetapi jika mesej panjang ditukar, maka daya pemprosesannya akan memberi kesan besar pada parameter ini. Jelas sekali, prestasi aplikasi akan menjadi yang terbaik dengan kependaman rendah dan lebar jalur yang tinggi. Untuk memenuhi kedua-dua keperluan ini, protokol komunikasi cekap yang meminimumkan overhed dan peranti rangkaian pantas diperlukan.

Komunikasi, atau rangkaian, protokol mentakrifkan peraturan dan konvensyen yang akan digunakan oleh dua atau lebih komputer pada rangkaian untuk bertukar maklumat. Ia boleh berasaskan sambungan atau tanpa sambungan, memberikan tahap kebolehpercayaan yang berbeza - dengan dan tanpa jaminan penghantaran penuh dalam susunan paket, segerak (tanpa penimbalan) dan tak segerak (dengan penimbalan).

Untuk komunikasi kelompok, kedua-dua protokol rangkaian tradisional, yang pada asalnya dibangunkan untuk Internet (IP) dan yang dicipta khas digunakan. Selain itu, terdapat dua piawaian yang agak baharu juga direka khusus untuk kluster. Kami tidak akan memikirkan protokol IP, yang agak biasa kepada pembaca kami, mahupun pada yang lain, kerana semuanya agak khusus. Kami hanya akan menyenaraikan nama mereka supaya mereka yang berminat boleh beralih sama ada kepada kesusasteraan atau ke Internet "mahatahu". Ini adalah, khususnya, Mesej Aktif, Mesej Pantas, sistem Komunikasi Dipetakan Memori Maya, U-net dan Antara Muka Asas untuk protokol Paralelisme. Mari kita lihat dua piawaian.

Menjelang tahun 1997, penyelidikan ke atas protokol kependaman rendah telah berkembang sehingga ke tahap yang akhirnya membawa kepada penciptaan standard baharu untuk komunikasi kluster, Seni Bina Antara Muka Maya (VIA). Pada masa yang sama, industri sedang mengusahakan piawaian untuk subsistem storan kongsi. Hasil daripada usaha ini ialah InfiniBand.

VIA ialah standard komunikasi yang menghimpunkan pencapaian terbaik pelbagai projek. Ia dicipta oleh konsortium rakan kongsi akademik dan industri termasuk Intel, Compaq dan Microsoft. Versi VIA 1.1 dengan sokongan untuk perkakasan heterogen telah tersedia pada awal tahun 2001. Seperti namanya, VIA adalah berdasarkan konsep antara muka rangkaian maya. Piawaian menetapkan bahawa sebelum menghantar mesej, penimbal terima dan hantar mesti diperuntukkan dan terikat kepada memori fizikal. Setelah penimbal dan struktur data yang berkaitan dibentuk, tiada panggilan sistem diperlukan. Menerima dan menghantar operasi dalam aplikasi pengguna terdiri daripada menulis pemegang ke baris gilir. Aplikasi boleh memilih sama ada untuk menunggu pengesahan bahawa operasi telah selesai atau meneruskan kerja utamanya semasa mesej diproses.

Walaupun VIA boleh disediakan terus kepada pengaturcaraan aplikasi, banyak pembangun sistem percaya bahawa ia adalah tahap yang terlalu rendah untuk aplikasi, kerana yang kedua mesti bertanggungjawab untuk memperuntukkan sebahagian daripada memori fizikal dan memastikan ia digunakan dengan cekap. Dijangkakan bahawa kebanyakan vendor OS dan middleware akan menyediakan antara muka kepada VIA yang akan menyokong pengaturcaraan aplikasi. Oleh itu, pada musim luruh tahun 2000, kebanyakan vendor pangkalan data menyediakan versi produk mereka yang berjalan di atas VIA. Perisian kluster lain, seperti sistem fail, tersedia dengan cepat.

Standard InfiniBand disokong oleh konsortium rakan kongsi industri, termasuk Compaq, Dell, HP, IBM, Intel, Microsoft dan Sun Microsystems. Seni bina InfiniBand menggantikan bas kongsi, yang merupakan sistem I/O standard dalam komputer moden, dengan fabrik berasaskan saluran bersiri berkelajuan tinggi. Semua sistem dan peranti bersambung ke fabrik menggunakan Penyesuai Saluran Hos (HCA), yang menyambungkan CPU hos kepada fabrik InfiniBand, atau Penyesuai Saluran Sasaran (TCA), yang menyambungkan InfiniBand ke peranti I/O lain seperti Ethernet, Saluran Fiber atau dengan sistem storan. Pautan InfiniBand adalah dupleks penuh dan beroperasi pada daya pemprosesan 2.5 Gbps dalam satu arah dalam topologi titik ke titik. Data dihantar dalam paket dan terdapat enam mod penghantaran: sambungan yang boleh dipercayai dan tidak boleh dipercayai, datagram yang boleh dipercayai dan tidak boleh dipercayai, multicast dan paket mentah (“mod” mentah). Di samping itu, InfiniBand menyokong capaian memori langsung jauh, yang membolehkan satu pemproses membaca atau menulis ke memori yang lain.

Bagi peralatan rangkaian yang menyokong komunikasi antara nod, ia boleh dikelaskan kepada empat kategori - bergantung kepada sama ada sambungan dibuat ke bas I/O atau ke bas memori, dan pada kaedah komunikasi utama - menggunakan mesej atau dikongsi. ingatan cakera.

Daripada empat kategori saling sambung, sistem bas berasaskan mesej dan I/O adalah yang paling biasa kerana ia menyediakan antara muka yang paling jelas kepada komputer. Bas I/O mempunyai sekurang-kurangnya gangguan perkakasan yang boleh memaklumkan pemproses bahawa data sedia untuk dibaca. Sistem sedemikian dilaksanakan dalam semua teknologi rangkaian yang tersedia secara meluas, serta dalam beberapa produk terkini yang direka khusus untuk pengkomputeran kelompok.

Bas I/O dan sistem memori cakera kongsi termasuk komputer dengan subsistem cakera kongsi. Sambungan memori adalah kurang biasa kerana bas memori biasanya direka bentuk secara berbeza untuk setiap jenis komputer. Walau bagaimanapun, banyak sistem sedemikian dilaksanakan dalam perisian atau melalui mekanisme pemetaan port-ke-memori I/O seperti Saluran Memori.

Di samping itu, terdapat sistem hibrid yang menggabungkan ciri beberapa kategori, contohnya, InfiniBand membolehkan anda menghantar kedua-dua data ke cakera dan mesej ke nod lain. Begitu juga, Antara Muka Koheren Boleh Skala (SCI) juga boleh menggunakan kedua-dua mekanisme pertukaran.

Rangkaian kluster

Rangkaian sistem kluster boleh dibina berdasarkan produk rangkaian tradisional yang digunakan dalam LAN, atau direka khusus untuk pengkomputeran kluster. Dalam kes kedua, ia menyediakan sokongan perkakasan tambahan yang mengurangkan kependaman.

Hari ini, teknologi Ethernet yang ditukar, disebabkan kos port yang rendah dan penyeragaman antara muka, mendahului sebagai sistem interkoneksi dalam kelompok yang tersedia secara meluas. Banyak komputer dilengkapi dengan port 1 GE terbina dalam; anda hanya perlu membeli suis yang murah. Walau bagaimanapun, untuk peningkatan keperluan, rangkaian khusus juga digunakan. Sebarang penerangan terperinci tentang mereka akan membawa kami jauh melebihi had yang mungkin, oleh itu, atas sebab kesempurnaan, kami hanya akan memberikan maklumat yang sangat ringkas tentang individu daripada mereka.

Giganet (cLAN). Teknologi cLAN (LAN runtuh), kini dimiliki oleh Emulex, dibangunkan untuk menyokong VIA dalam perkakasan. Ini merupakan pelaksanaan perkakasan asli pertama industri bagi standard VIA. Ciri-ciri utama rangkaian adalah seperti berikut.

Pada tahap paling rendah model komunikasi ialah memori kongsi teragih yang tidak koheren (Memori Dikongsi Teragih, DSM). Sebahagian daripada ruang alamat maya aplikasi secara logik dipetakan melalui rangkaian ke memori fizikal pada nod lain. Data dipindahkan antara aplikasi dengan menulis ke kawasan memori yang dikongsi menggunakan arahan tulis pemproses standard. Penampan pada nod jauh diwakili oleh kuki Akses Memori Langsung Jauh, yang memberikan kebenaran nod pemilik untuk mengakses penimbal.

Myrinet. Rangkaian dupleks penuh ini dibekalkan oleh Myricom. Ia digunakan secara meluas dalam banyak projek akademik, khususnya dalam Rangkaian Stesen Kerja Berkeley (SEKARANG). Secara fizikal, rangkaian terdiri daripada dua kabel gentian optik (hiliran dan hulu) yang disambungkan kepada hos melalui penyambung biasa. Komputer disambungkan menggunakan penghala atau suis (ini boleh dikonfigurasikan untuk menyediakan laluan berlebihan). Penukaran tanpa penimbalan paket (cut-through) disokong, yang membolehkan mesej dihantar dari hujung ke hujung dengan kelewatan yang minimum. Myrinet mempunyai pemproses boleh atur cara on-board - ia membolehkan anda bereksperimen dengan banyak protokol komunikasi.

Myrinet melaksanakan beberapa mekanisme untuk memastikan toleransi kesalahan. Ini termasuk kawalan aliran, kawalan ralat dan menyemak kefungsian saluran (degupan jantung).

Versi terkini, yang dipanggil Myrinet 10G generasi keempat, menyokong kadar pemindahan data 10 Gb/s dalam setiap arah dan serasi dengan 10 GE di peringkat PHY. Kependaman rangkaian sangat rendah - hanya 5 µs.

QsNet. Rangkaian berkelajuan tinggi dan kependaman rendah ini dibangunkan oleh Quadrics Supercomputers World (QSW). Secara struktur, QsNet merangkumi dua subsistem:

• antara muka rangkaian yang terdiri daripada satu atau lebih penyesuai rangkaian dalam setiap nod;
• rangkaian data berbilang bas yang menghubungkan komputer ke dalam kelompok.

Antara muka rangkaian adalah berdasarkan cip tersuai yang dipanggil Elan. Pengubahsuaian Elan III menggabungkan pemproses I/O khusus untuk memunggah CPU, bas PCI (66 MHz, 64 bit), saluran dupleks (400 MHz, 8 bit), unit pengurusan memori (MMU), cache dan antara muka memori tempatan. Cip melakukan tiga jenis operasi asas:

• jauh membaca dan menulis;
• pemindahan terus data dari ruang alamat maya pengguna satu pemproses kepada yang lain tanpa memerlukan penyegerakan;
• pengurusan protokol.

Rangkaian ini dibina berdasarkan suis khusus, yang digabungkan dalam casis khas, membentuk topologi pokok tebal (semakin dekat cawangan dengan akar, semakin tebal, iaitu kapasitinya lebih tinggi).

Pengubahsuaian rangkaian, dikeluarkan pada tahun 2003, adalah berdasarkan bas PCI-X 133 MHz dan mempunyai kependaman 1.22 μs.

Antara Muka Koheren Boleh Skala (SCI). Ini adalah teknologi penyambungan pertama yang dibangunkan khusus untuk pengkomputeran kluster untuk dibawa ke standard. Seni bina SCI adalah berdasarkan sambungan titik ke titik, saiz paket kecil dan urus niaga berpecah. Piawaian IEEE 1596 telah diterbitkan pada tahun 1992 dan menentukan lapisan fizikal rangkaian dan ke atas untuk ingatan cache-koheren (pilihan) kongsi yang diedarkan rangkaian. Pada tahap yang lebih tinggi, piawaian menerangkan reka bentuk cache koheren berasaskan penunjuk yang diedarkan. Reka bentuk ini membenarkan caching memori SCI jauh: apabila data yang terletak dalam memori jauh diubah suai, semua baris cache pada semua nod yang disimpan menjadi tidak sah. Caching memori SCI jauh meningkatkan prestasi dan membenarkan pengaturcaraan terus dan telus bagi memori kongsi.

Sudah tentu, ini bukan semua teknologi yang berasaskannya anda boleh membina kelompok yang cukup berkuasa. Kelompok peringkat permulaan biasanya menggunakan penyelesaian bukan khusus yang menggunakan teknologi rangkaian tradisional seperti Ethernet, ATM atau Saluran Fiber.

Hari ini, pasaran menawarkan pelbagai kluster, berbeza dalam jenis dan kelajuan pemproses, saiz memori yang dikongsi oleh nod, teknologi nod yang saling bersambung, model dan antara muka pengaturcaraan. Walau bagaimanapun, anda perlu memahami bahawa hasil yang dicapai dengan bantuan mereka sebahagian besarnya bergantung pada ciri aplikasi yang anda rancang untuk digunakan pada mereka.

Lakaran reka bentuk OS asas

Ruang pengguna	Proses Sistem	Proses Pengguna tidak menggunakan perisian tengah itu	Proses Pengguna menggunakan middleware
			Middleware
			Perkhidmatan Sistem		Perpustakaan Pengguna
Inti			Sambungan Kernel yang berkaitan dengan Middleware
	Sistem Fail/Komunikasi/ Antara Muka Programatik
	Pengurus Memori	Penjadual		Pemandu
	Lapisan Abstraksi Perkakasan
Sumber Perkakasan	Pemasa & Gangguan
	Ram	CPU	Cakera	Rangkaian	Kluster Interconnect	Lain-lain

Prinsip operasinya adalah berdasarkan pengedaran permintaan melalui satu atau lebih nod input, yang mengalihkannya untuk diproses ke nod pengkomputeran yang tinggal. Matlamat awal kluster sedemikian adalah prestasi, namun, mereka sering juga menggunakan teknik untuk meningkatkan kebolehpercayaan. Struktur sedemikian dipanggil ladang pelayan. Perisian boleh sama ada komersial (OpenVMS, MOSIX, Platform LSF HPC, Solaris Cluster, Moab Cluster Suite, Maui Cluster Scheduler) atau percuma (OpenMosix, Sun Grid Engine, Linux Virtual Server).

Kelompok pengkomputeran

Kluster digunakan untuk tujuan pengkomputeran, terutamanya dalam penyelidikan saintifik. Untuk kluster pengkomputeran, penunjuk penting ialah prestasi pemproses yang tinggi dalam operasi titik terapung (flop) dan kependaman rendah rangkaian bersambung, dan kurang penting ialah kelajuan operasi I/O, yang lebih penting untuk pangkalan data dan perkhidmatan web. Kelompok pengkomputeran memungkinkan untuk mengurangkan masa pengiraan berbanding dengan komputer tunggal dengan membahagikan tugas kepada cawangan pelaksana selari yang menukar data melalui rangkaian yang saling bersambung. Satu konfigurasi biasa ialah koleksi komputer yang dibina daripada komponen yang biasa didapati, menjalankan sistem pengendalian Linux, dan disambungkan oleh Ethernet, Myrinet, InfiniBand, atau rangkaian lain yang agak murah. Sistem sedemikian biasanya dipanggil kelompok Beowulf. Kelompok berprestasi tinggi dikenal pasti secara khusus (ditandakan dengan singkatan bahasa Inggeris Kluster HPC - Kelompok pengkomputeran berprestasi tinggi). Senarai komputer berprestasi tinggi yang paling berkuasa (juga boleh dilambangkan dengan singkatan bahasa Inggeris HPC) boleh didapati dalam ranking dunia TOP500. Rusia mengekalkan penarafan komputer paling berkuasa di CIS.

Sistem pengkomputeran teragih (grid)

Sistem sedemikian biasanya tidak dianggap sebagai kelompok, tetapi prinsipnya hampir sama dengan teknologi kelompok. Mereka juga dipanggil sistem grid. Perbezaan utama adalah ketersediaan rendah setiap nod, iaitu, kemustahilan untuk menjamin operasinya pada titik masa tertentu (nod disambungkan dan diputuskan semasa operasi), oleh itu tugas mesti dibahagikan kepada beberapa proses yang bebas daripada setiap lain. Sistem sedemikian, tidak seperti kelompok, tidak seperti komputer tunggal, tetapi berfungsi sebagai cara yang dipermudahkan untuk mengedarkan pengiraan. Ketidakstabilan konfigurasi, dalam kes ini, dikompensasikan oleh sejumlah besar nod.

Kluster pelayan disusun secara aturcara

Sistem kluster menduduki tempat yang layak dalam senarai yang terpantas, sementara dengan ketara mengatasi superkomputer dalam harga. Sehingga Julai 2008, gugusan SGI Altix ICE 8200 (Chippewa Falls, Wisconsin, Amerika Syarikat) berada di tempat ke-7 dalam penarafan TOP500.

Alternatif yang agak murah kepada superkomputer ialah kelompok berdasarkan konsep Beowulf, yang dibina daripada komputer murah biasa berdasarkan perisian percuma. Satu contoh praktikal sistem sedemikian ialah Stone Soupercomputer di Oak Ridge National Laboratory (Tennessee, USA, 1997).

Kelompok terbesar yang dimiliki oleh individu persendirian (daripada 1000 pemproses) telah dibina oleh John Koza.

cerita

Sejarah penciptaan kelompok berkait rapat dengan perkembangan awal dalam bidang rangkaian komputer. Salah satu sebab kemunculan komunikasi berkelajuan tinggi antara komputer adalah harapan untuk mengumpulkan sumber pengkomputeran. Pada awal 1970-an, pasukan pembangunan TCP/IP dan makmal Xerox PARC menubuhkan piawaian rangkaian. Sistem pengendalian Hydra untuk komputer PDP-11 yang dihasilkan oleh DEC juga muncul; kluster yang dicipta atas dasar ini dinamakan C.mpp (Pittsburgh, Pennsylvania, Amerika Syarikat, 1971). Walau bagaimanapun, hanya sekitar tahun 1983 mekanisme dicipta untuk memudahkan pengagihan tugas dan fail melalui rangkaian, kebanyakannya daripada SunOS (sistem pengendalian berasaskan BSD daripada Sun Microsystems).

Projek komersial pertama kluster itu ialah ARCNet, yang dicipta oleh Datapoint pada tahun 1977. Ia tidak menjadi menguntungkan, dan oleh itu pembinaan kluster tidak berkembang sehingga 1984, apabila DEC membina Kluster VAX berdasarkan sistem pengendalian VAX/VMS. ARCNet dan VAXcluster direka bukan sahaja untuk pengkomputeran bersama, tetapi juga untuk berkongsi sistem fail dan persisian, dengan mengambil kira pemeliharaan integriti dan kejelasan data. VAXCluster (kini dipanggil VMSCluster) ialah komponen penting dalam sistem pengendalian OpenVMS menggunakan pemproses DEC Alpha dan Itanium.

Dua lagi produk kluster awal yang mendapat pengiktirafan termasuk Tandem Hymalaya (1994, kelas ) dan IBM S/390 Parallel Sysplex (1994).

Sejarah mencipta kelompok daripada komputer peribadi biasa berhutang banyak kepada projek Mesin Maya Selari. Pada tahun 1989, perisian ini untuk menghubungkan komputer bersama-sama ke dalam superkomputer maya memungkinkan untuk mencipta kelompok serta-merta. Akibatnya, jumlah prestasi semua kluster murah yang dicipta pada masa itu melebihi prestasi jumlah kapasiti sistem komersial "serius".

Penciptaan kelompok berdasarkan komputer peribadi murah yang disambungkan oleh rangkaian penghantaran data diteruskan pada tahun 1993 oleh Agensi Aeroangkasa Amerika NASA, kemudian pada tahun 1995 kelompok Beowulf, yang direka khas berdasarkan prinsip ini, telah dibangunkan. Kejayaan sistem sedemikian telah merangsang pembangunan

Salah satu trend paling moden dalam bidang penciptaan sistem pengkomputeran ialah pengelompokan. Dari segi prestasi dan ketersediaan, pengelompokan adalah alternatif kepada sistem berbilang pemproses simetri.

Seperti yang telah kita nyatakan, kluster pengkomputeran adalah M1MR- sistem (berbilang komputer) yang terdiri daripada banyak komputer individu (nod kelompok pengkomputeran) yang disatukan oleh satu persekitaran komunikasi.

Nod kluster boleh sama ada VM pemproses tunggal atau jenis VC SMP atau MRR. Setiap nod dapat berfungsi secara bebas dan berasingan daripada kluster.

Setiap nod mempunyai RAM tempatan sendiri. Dalam kes ini, sebagai peraturan, tiada RAM fizikal biasa untuk nod. Persekitaran komunikasi kluster pengkomputeran biasanya membenarkan nod untuk berkomunikasi antara satu sama lain hanya dengan menghantar mesej. Secara amnya, kluster pengkomputeran harus dianggap sebagai sistem perkakasan dan perisian tunggal dengan sistem komunikasi tunggal, pusat kawalan tunggal dan perancangan beban.

Seni bina pengkomputeran kluster datang kepada menghubungkan beberapa nod dengan rangkaian berkelajuan tinggi. Bersama-sama dengan istilah "pengkomputeran kluster", nama seperti kluster stesen kerja, pengkomputeran hiper dan pengkomputeran serentak berasaskan rangkaian sering digunakan.

Kelompok berhadapan dengan dua tugas:

• mencapai kuasa pengkomputeran yang tinggi;
• memastikan peningkatan kebolehpercayaan pesawat.

Kelompok komersial pertama telah dicipta oleh perbadanan DEC pada awal 80-an. abad yang lalu. Kedua-dua pesawat yang sama (kelompok homogen) dan yang berbeza (kelompok heterogen) boleh digunakan sebagai nod kelompok. Dengan seni binanya, sistem komputer berkelompok adalah sistem gandingan yang longgar.

Faedah yang dicapai dengan pengelompokan:

• kebolehskalaan mutlak. Adalah mungkin untuk mencipta kluster besar yang melebihi VM tunggal yang paling berkuasa dari segi kuasa pengkomputeran. Kluster boleh mengandungi berpuluh-puluh nod, setiap satunya ialah pemultipleks;
• boleh skala. Kelompok dibina sedemikian rupa sehingga ia boleh dikembangkan dengan menambah nod baharu dalam bahagian kecil;
• faktor ketersediaan yang tinggi. Memandangkan setiap nod kluster ialah VM atau pesawat bebas, kegagalan salah satu nod tidak membawa kepada kehilangan fungsi kluster. Dalam banyak sistem, toleransi kesalahan disokong secara automatik oleh perisian;
• nisbah harga/prestasi yang sangat baik. Kelompok mana-mana prestasi boleh dibuat dengan menyambung standard

VM, manakala kosnya akan lebih rendah daripada VM tunggal

dengan kuasa pengkomputeran yang setara.

Pada peringkat perkakasan, kluster hanyalah koleksi sistem pengkomputeran bebas yang disambungkan oleh rangkaian. Apabila menyambungkan mesin ke dalam kelompok, komunikasi terus antara mesin hampir selalu disokong. Penyelesaian boleh menjadi mudah, berdasarkan perkakasan Ethernet, atau kompleks dengan rangkaian berkelajuan tinggi dengan daya pemprosesan ratusan megabait sesaat (sistem /?5/6000 SP Syarikat 1VM, sistem Digital berdasarkan Saluran Memori, ServerNet daripada syarikat Compaq).

Nod kluster memantau prestasi satu sama lain dan bertukar maklumat khusus. Pemantauan prestasi dijalankan menggunakan isyarat khas yang dipanggil degupan jantung. Isyarat ini dihantar oleh nod kluster antara satu sama lain untuk mengesahkan fungsi normalnya.

Bahagian penting kluster ialah perisian khusus, yang ditugaskan untuk memastikan operasi tanpa gangguan sekiranya berlaku kegagalan satu atau lebih nod. Perisian sedemikian mengagihkan semula beban pengkomputeran apabila satu atau lebih nod kluster gagal, serta memulihkan pengiraan apabila nod gagal. Selain itu, apabila kluster mempunyai cakera yang dikongsi, perisian kluster mengekalkan sistem fail tunggal.

Nod kluster pengkomputeran boleh beroperasi di bawah sistem pengendalian yang berbeza. Walau bagaimanapun, sistem standard seperti UNIX paling kerap digunakan. Ambil perhatian bahawa dari sudut pandangan membangunkan program aplikasi selari, tidak terdapat perbezaan asas antara kelompok pengkomputeran homogen dan MRR- sistem.

Klasifikasi kelompok pengkomputeran mengikut jenis

pemproses nod

Kelompok pengkomputeran diklasifikasikan terutamanya oleh sifat pemproses nod (Rajah 9.10).

Komputer peribadi, stesen kerja dan pelayan MP biasanya digunakan sebagai nod dalam kelompok pengkomputeran. Jika digunakan sebagai nod kluster SMP- sistem, maka kluster pengkomputeran sedemikian dipanggil kluster *5ZhR.

Jika komputer peribadi atau stesen kerja digunakan sebagai nod kluster pengkomputeran, maka sistem biasa adalah

nasi. 9.10.

situasi apabila, semasa menyelesaikan masalah pada kluster, tugas pengguna berurutan terus dilaksanakan pada nod kluster ini. Akibatnya, prestasi relatif nod kluster berbeza-beza secara rawak dan dalam julat yang luas. Penyelesaian kepada masalah ini adalah dengan menulis program pengguna yang menyesuaikan diri. Walau bagaimanapun, penyelesaian yang berkesan untuk masalah ini kelihatan sangat bermasalah. Keadaan menjadi lebih teruk jika terdapat pelayan fail antara komputer nod kelompok pengkomputeran. Pada masa yang sama, semasa menyelesaikan masalah pada kelompok, beban pada persekitaran komunikasi boleh berbeza-beza secara meluas, yang menjadikan kos komunikasi tugas tidak dapat diramalkan.

Pengelasan kelompok pengkomputeran mengikut kehomogenan nod

Seperti mana-mana sistem A//A//), kelompok pengkomputeran dibahagikan kepada sistem kelompok homogen (kelompok pengkomputeran homogen) dan sistem kelompok heterogen (kelompok pengkomputeran heterogen).

Biasanya, apabila mereka bercakap tentang kelompok pengkomputeran, mereka bermaksud kelompok pengkomputeran homogen. Walau bagaimanapun, apabila mengembangkan kluster, selalunya perlu menggunakan pemproses yang berbeza bukan sahaja dalam prestasi, tetapi juga dalam seni bina daripada pemproses nod kluster. Oleh itu, secara beransur-ansur kelompok pengkomputeran homogen boleh menjadi heterogen. Keheterogenan ini menimbulkan masalah berikut: perbezaan dalam prestasi pemproses merumitkan tugas mengagihkan kerja antara pemproses; perbezaan dalam seni bina pemproses memerlukan penyediaan fail boleh laku yang berbeza untuk nod yang berbeza, dan dalam kes perbezaan dalam persembahan data, ia mungkin memerlukan penukaran formatnya apabila menghantar mesej antara nod.

Klasifikasi kelompok pengkomputeran mengikut fungsi nod

Nod kluster pengkomputeran boleh menjadi komputer berfungsi sepenuhnya yang juga boleh beroperasi sebagai unit bebas. Prestasi kluster sedemikian biasanya rendah.

Untuk mencipta kluster pengkomputeran berprestasi tinggi, unit sistem komputer nod dibuat lebih mudah daripada dalam kes pertama (tidak berfungsi sepenuhnya). Tidak perlu melengkapkan komputer hos dengan kad grafik, monitor, pemacu cakera dan peralatan persisian lain. Peralatan persisian dipasang hanya pada satu atau beberapa komputer kawalan (YOUG-computers). Pendekatan ini boleh mengurangkan kos sistem dengan ketara.

Apabila mengelaskan kelompok, beberapa kriteria pengelasan lain juga digunakan (Rajah 9.11).

nasi. 9.11.

• pengelasan mengikut piawaian komponen;
• pengelasan mengikut orientasi fungsi. Pengelasan kelompok pengkomputeran mengikut piawaian komponen. Dari sudut pandangan penyeragaman komponen, dua kelas sistem kluster boleh dibezakan:
  • 1) kelompok pengkomputeran dibina sepenuhnya daripada komponen standard;
  • 2) apabila membina kluster, komponen eksklusif atau tidak digunakan secara meluas digunakan.

Kelompok pengkomputeran kelas pertama mempunyai harga yang rendah dan penyelenggaraan yang mudah. Teknologi kluster telah meluas sebagai satu cara untuk mencipta sistem kelas superkomputer yang agak murah daripada komponen yang dihasilkan secara besar-besaran.

Kelompok kelas kedua memberikan prestasi yang sangat tinggi, tetapi secara semula jadi lebih mahal.

Pengelasan kelompok pengkomputeran mengikut fokus fungsinya. Dari sudut pandangan fungsional, sistem kluster boleh dibahagikan:

Untuk sistem kluster berkelajuan tinggi (Prestasi Tinggi) -

Kelompok YAR;

Sistem kluster ketersediaan tinggi (Ketersediaan Tinggi) - PADA-

kelompok.

Kelompok berkelajuan tinggi digunakan di kawasan yang memerlukan kuasa pengkomputeran yang ketara. Kluster Ketersediaan Tinggi digunakan di mana-mana kos masa henti yang mungkin melebihi kos kos yang diperlukan untuk membina sistem toleran kesalahan.

Prestasi kluster pengkomputeran berkelajuan tinggi jelas bergantung pada prestasi nodnya. Sebaliknya, prestasi kluster, seperti mana-mana sistem dengan memori teragih, sangat bergantung pada prestasi persekitaran komunikasi. Biasanya, apabila membina kelompok pengkomputeran, media komunikasi yang agak murah digunakan. Persekitaran sedemikian memberikan satu hingga dua urutan magnitud prestasi yang lebih rendah daripada prestasi persekitaran komunikasi superkomputer. Oleh itu, tidak banyak masalah yang boleh diselesaikan dengan agak berkesan pada sistem kelompok besar.

Kesan prestasi persekitaran komunikasi terhadap prestasi keseluruhan sistem kluster bergantung pada sifat tugas yang dilakukan. Jika tugas memerlukan pertukaran data yang kerap antara subtugas yang diselesaikan pada nod yang berbeza bagi kelompok pengkomputeran, maka perhatian maksimum harus diberikan kepada kelajuan persekitaran komunikasi. Sehubungan itu, semakin kurang bahagian tugasan berinteraksi antara satu sama lain, semakin kurang perhatian yang boleh diberikan kepada kelajuan persekitaran komunikasi.

Banyak teknologi telah dibangunkan untuk menyambungkan komputer ke dalam kelompok.

Agar sistem pengkomputeran mempunyai tahap ketersediaan yang tinggi, komponennya adalah perlu sebolehpercaya yang mungkin, sistem itu tahan terhadap kesalahan, dan penggantian komponen yang "panas" adalah mungkin (tanpa menghentikan sistem). Terima kasih kepada pengelompokan, jika salah satu komputer dalam sistem gagal, tugas boleh diagihkan semula secara automatik (oleh sistem pengendalian) antara nod (berfungsi) lain bagi gugusan pengkomputeran. Oleh itu, toleransi kesalahan kelompok dipastikan dengan penduaan semua komponen penting sistem pengkomputeran. Sistem toleransi kesalahan komersial yang paling popular pada masa ini ialah kluster dua nod.

Terdapat satu lagi kelas kluster pengkomputeran - rangkaian komputer (GRID), menggabungkan sumber banyak kluster, multipemproses dan komputer pemproses tunggal, yang mungkin dimiliki oleh organisasi yang berbeza dan terletak di negara yang berbeza.

Pembangunan program selari untuk rangkaian komputer adalah rumit kerana masalah berikut. Sumber (bilangan nod, seni binanya, prestasi) yang diperuntukkan kepada tugasan ditentukan hanya pada masa rangkaian memproses pesanan untuk menyelesaikan tugasan ini. Oleh itu, pengaturcara tidak dapat membangunkan atur cara untuk konfigurasi rangkaian komputer tertentu. Program ini mesti dibangunkan supaya ia boleh menyesuaikan diri secara dinamik (tanpa penyusunan semula) kepada konfigurasi rangkaian yang dipilih. Di samping itu, kepada kepelbagaian persekitaran komunikasi ditambah kebolehubahan ciri-cirinya yang disebabkan oleh perubahan dalam beban rangkaian. Paling baik, program ini mesti direka bentuk untuk mengambil kira kepelbagaian persekitaran komunikasi ini, yang merupakan tugas yang sangat sukar. Seperti yang kami nyatakan di atas, masalah yang sama juga berlaku untuk kelompok pengkomputeran yang dibina pada komputer peribadi atau stesen kerja.

Prestasi berkesan sistem pengkomputeran kelompok (prestasi aplikasi sebenar, RAP) dianggarkan 5-15% daripada prestasi puncak mereka (Prestasi Pengiklanan Puncak, PAP). Sebagai perbandingan: untuk sistem pemproses rendah terbaik yang terdiri daripada pemproses vektor, nisbah ini dianggarkan pada 30-50%.

Sistem pengkomputeran kluster telah menjadi kesinambungan pembangunan idea yang tertanam dalam seni bina sistem MPA. Jika dalam sistem MPA modul pemproses bertindak sebagai nod pengkomputeran yang lengkap, maka dalam sistem kluster komputer yang tersedia secara komersial digunakan sebagai nod pengkomputeran sedemikian. Perkembangan teknologi komunikasi, iaitu kemunculan peralatan rangkaian berkelajuan tinggi dan perpustakaan perisian khas, contohnya, MPI (Message Passing Interface), yang melaksanakan mekanisme untuk menghantar mesej menggunakan protokol rangkaian standard, telah menjadikan teknologi kluster tersedia secara umum. Pada masa ini, banyak sistem kluster kecil sedang dibuat dengan menggabungkan kuasa pengkomputeran komputer makmal atau bilik darjah.

Satu ciri menarik bagi teknologi kluster ialah untuk mencapai prestasi yang diperlukan, ia memungkinkan untuk membina sistem heterogen, iaitu, menggabungkan komputer pelbagai jenis ke dalam sistem pengkomputeran tunggal, daripada komputer peribadi hingga superkomputer berkuasa. Teknologi kluster telah meluas sebagai satu cara untuk mencipta sistem kelas superkomputer daripada komponen yang dihasilkan secara besar-besaran, yang dengan ketara mengurangkan kos sistem pengkomputeran. Khususnya, salah satu projek pertama yang akan dilaksanakan pada tahun 1998 ialah The COst Effective Computing Array (COCOA), di mana, berdasarkan 25 komputer peribadi dwi-pemproses dengan jumlah kos kira-kira $100,000, sistem dengan prestasi yang setara dengan 48 -pemproses Cray T3D berharga beberapa juta dolar telah dicipta .

Lyle Long, seorang profesor kejuruteraan aeroangkasa di Penn State University, percaya bahawa sistem pengkomputeran kluster yang agak murah boleh berfungsi sebagai alternatif kepada superkomputer mahal dalam organisasi saintifik. Di bawah kepimpinan beliau, kluster COCOA telah dibina di universiti. Dalam rangka kerja projek ini, 25 ra-

stesen pangkalan daripada DELL, setiap satunya termasuk dua pemproses Pentium II/400 MHz, 512 MB RAM, cakera keras SCSI 4 GB dan penyesuai rangkaian Fast Ethernet. Untuk menyambungkan nod, suis Baynetworks 450T 24-port dengan satu modul pengembangan digunakan. Perisian yang dipasang termasuk sistem pengendalian RedHat Linux, Fortran 90 dan penyusun HPF daripada Kumpulan Portland, pelaksanaan MPI - Message Passing Interface Chameleon (MPICH) yang diedarkan secara bebas dan sistem baris gilir DQS.

Dalam kertas kerja yang dibentangkan di Mesyuarat dan Pameran Sains Aeroangkasa ke-38, Long menerangkan versi selari program pengimbangan beban pengiraan yang digunakan untuk meramalkan tahap hingar helikopter di pelbagai lokasi. Sebagai perbandingan, program pengiraan ini dijalankan pada tiga komputer 48-pemproses yang berbeza untuk mengira hingar pada 512 mata. Pada sistem Cray T3E, pengiraan mengambil masa 177 saat, pada sistem SGI Origin2000 - 95 saat, dan pada kelompok COCOA - 127 saat. Oleh itu, kelompok adalah platform pengkomputeran yang sangat cekap untuk tugasan kelas ini.

Satu lagi kelebihan sistem kluster berbanding superkomputer ialah pemiliknya tidak perlu berkongsi masa pemproses dengan pengguna lain, seperti di pusat superkomputer yang besar. Khususnya, COCOA menyediakan lebih daripada 400 ribu jam masa pemproses setahun, manakala di pusat superkomputer sukar untuk mendapatkan 50 ribu jam.

Sudah tentu, tidak perlu bercakap tentang kesetaraan lengkap sistem ini. Seperti yang diketahui, prestasi sistem dengan memori teragih sangat bergantung pada prestasi persekitaran pensuisan, yang boleh dicirikan oleh dua parameter: kependaman - masa tunda semasa menghantar mesej, dan daya pemprosesan - kelajuan pemindahan maklumat. Sebagai contoh, untuk komputer Cray T3D, parameter ini ialah 1 μs dan 480 Mb/s, masing-masing, dan untuk kluster di mana rangkaian Fast Ethernet digunakan sebagai medium pensuisan, 100 μs dan 10 Mb/s. Ini sebahagiannya menerangkan kos superkomputer yang sangat tinggi. Dengan parameter seperti kelompok yang sedang dipertimbangkan, tidak banyak tugas yang boleh diselesaikan dengan berkesan pada bilangan pemproses yang cukup besar.

Berdasarkan perkara di atas, kami akan memberikan definisi: kluster ialah set komputer lengkap yang disambungkan yang digunakan sebagai sumber pengkomputeran tunggal. Kedua-dua komputer yang sama (kelompok homogen) dan berbeza (kelompok heterogen) boleh digunakan sebagai nod kelompok. Dengan seni binanya, sistem pengkomputeran kluster digandingkan secara longgar. Untuk mencipta kluster, sama ada komputer peribadi pemproses tunggal yang ringkas atau pelayan SMP dua atau empat pemproses biasanya digunakan. Dalam kes ini, tiada sekatan dikenakan ke atas komposisi dan seni bina nod. Setiap nod boleh menjalankan sistem pengendaliannya sendiri. Sistem pengendalian standard yang paling biasa digunakan ialah Linux, FreeBSD, Solaris, Tru64 Unix dan Windows NT.

Literatur mencatatkan empat kelebihan yang dicapai dengan mengelompokkan sistem pengkomputeran:

∙ kebolehskalaan mutlak;

∙ berskala;

∙ faktor ketersediaan tinggi;

∙ nisbah harga/prestasi.

Mari kita terangkan setiap ciri di atas bagi sistem pengkomputeran kluster.

Harta benda kebolehskalaan mutlak bermakna adalah mungkin untuk mencipta kelompok besar yang melebihi kuasa pengkomputeran walaupun komputer tunggal yang paling berkuasa. Kluster boleh mengandungi berpuluh-puluh nod, setiap satunya adalah multipemproses.

Harta kebolehskalaan yang boleh dipertingkatkan bermakna kluster boleh dikembangkan dengan menambah nod baharu dalam bahagian kecil. Oleh itu, pengguna boleh bermula dengan sistem kecil, mengembangkannya mengikut keperluan.

Memandangkan setiap nod kluster ialah mesin atau sistem pengkomputeran bebas, kegagalan salah satu nod tidak membawa kepada kehilangan fungsi kluster. Dalam banyak sistem, toleransi kesalahan disokong secara automatik oleh perisian.

Dan akhirnya, sistem kluster menyediakan perkara yang tidak dapat dicapai oleh superkomputer nisbah kualiti harga. Kluster sebarang prestasi boleh dibuat menggunakan "blok binaan" standard dan kos kluster akan lebih rendah daripada satu

mesin pengkomputeran malam dengan kuasa pemprosesan yang setara.

Oleh itu, pada peringkat perkakasan, kluster ialah himpunan sistem pengkomputeran bebas yang disambungkan oleh rangkaian. Penyelesaian boleh menjadi mudah, berdasarkan perkakasan Ethernet, atau kompleks, dengan rangkaian berkelajuan tinggi dengan daya pemprosesan ratusan megabait sesaat.

Bahagian penting kluster ialah perisian khusus, yang ditugaskan untuk mengekalkan pengiraan apabila satu atau lebih nod gagal. Perisian sedemikian mengagihkan semula beban pengkomputeran apabila satu atau lebih nod kluster gagal, serta memulihkan pengiraan apabila nod gagal. Di samping itu, apabila kluster telah berkongsi cakera, perisian kluster mengekalkan sistem fail tunggal.

Klasifikasi seni bina sistem kluster

Literatur menerangkan pelbagai cara untuk mengklasifikasikan sistem kluster. Pengelasan paling mudah adalah berdasarkan cara tatasusunan cakera digunakan: bersama-sama atau berasingan.

Dalam Rajah. 5.5.1 dan 5.5.2 menunjukkan struktur kelompok dua nod, yang penyelarasannya dipastikan oleh talian berkelajuan tinggi yang digunakan untuk pemesejan. Ini boleh menjadi rangkaian tempatan, juga digunakan oleh komputer yang tidak termasuk dalam kelompok, atau talian yang dipajak. Dalam kes talian yang dipajak, satu atau lebih nod kluster akan mempunyai akses kepada rangkaian tempatan atau global, dengan itu memastikan komunikasi antara kluster pelayan dan sistem klien jauh.

Perbezaan antara kluster yang dibentangkan ialah dalam kes rangkaian tempatan, nod menggunakan tatasusunan cakera tempatan, dan dalam kes baris khusus, nod berkongsi satu tatasusunan berlebihan pemacu keras bebas atau apa yang dipanggil RAID (Lebih Susunan Cakera Bebas). RAID terdiri daripada beberapa cakera yang diuruskan oleh pengawal, disambungkan oleh saluran berkelajuan tinggi dan dilihat oleh sistem luaran sebagai satu keseluruhan. Bergantung pada jenis tatasusunan yang digunakan, pelbagai tahap toleransi kesalahan dan prestasi boleh disediakan.

CPU

CPU

Kelajuan tinggi

CPU

CPU

lebuh raya

Peranti

Peranti

Peranti

Peranti

I/O

I/O

I/O

I/O

Cakera

Cakera

nasi. 5.5.1. Konfigurasi kluster tanpa cakera kongsi

Cakera

Peranti

Peranti

CPU

CPU

I/O

I/O

CPU

CPU

Peranti

Peranti

Peranti

Peranti

I/O

I/O

I/O

I/O

Cakera

Kelajuan tinggi

Cakera

lebuh raya

nasi. 5.5.2. Konfigurasi kluster dengan cakera kongsi

Mari kita lihat jenis tatasusunan cakera yang paling biasa:

RAID0 (striping) ialah susunan cakera dua atau lebih cakera keras tanpa redundansi. Maklumat dibahagikan kepada blok data dan ditulis kepada kedua-dua (beberapa) cakera secara serentak. Kelebihannya ialah peningkatan produktiviti yang ketara. Kelemahannya ialah kebolehpercayaan RAID0 jelas lebih rendah daripada kebolehpercayaan mana-mana cakera secara individu dan berkurangan dengan peningkatan bilangan cakera yang disertakan dalam RAID0, kerana kegagalan mana-mana cakera membawa kepada ketidakupayaan keseluruhan tatasusunan. .

RAID1 (mirroring) ialah tatasusunan yang terdiri daripada sekurang-kurangnya dua cakera. Kelebihannya ialah kelajuan tulis yang boleh diterima dan peningkatan dalam kelajuan baca apabila menyelarikan pertanyaan, serta kebolehpercayaan yang tinggi: ia berfungsi selagi sekurang-kurangnya satu cakera dalam tatasusunan berfungsi. Kebarangkalian kegagalan dua cakera sekali gus adalah sama dengan hasil darab kebarangkalian kegagalan setiap cakera. Dalam amalan, jika salah satu cakera gagal, tindakan segera mesti diambil: redundansi mesti dipulihkan. Untuk melakukan ini, disyorkan untuk menggunakan cakera ganti panas dengan mana-mana tahap RAID (kecuali sifar). Kelebihan pendekatan ini ialah mengekalkan ketersediaan yang berterusan. Kelemahannya ialah anda perlu membayar kos dua cakera keras untuk mendapatkan kapasiti boleh guna satu cakera keras.

RAID10 ialah tatasusunan bercermin di mana data ditulis secara berurutan ke beberapa cakera, seperti dalam RAID0. Seni bina ini ialah tatasusunan RAID0 yang segmennya ialah tatasusunan RAID1 dan bukannya cakera individu. Sehubungan itu, tatasusunan tahap ini mesti mengandungi sekurang-kurangnya empat cakera. RAID10 menggabungkan toleransi kesalahan tinggi dan prestasi.

Gambaran sistem pengkomputeran kluster yang lebih lengkap diberikan oleh klasifikasi kluster mengikut kaedah kluster yang digunakan, yang menentukan ciri fungsi utama sistem:

∙ berkelompok dengan redundansi pasif;

∙ berkelompok dengan lebihan aktif;

∙ pelayan bersendirian;

∙ pelayan dengan sambungan ke semua cakera;

∙ pelayan dengan cakera yang dikongsi.

Pengelompokan dengan lebihan adalah kaedah tertua dan paling universal. Salah satu pelayan mengambil alih keseluruhan beban pengkomputeran, manakala yang lain kekal tidak aktif, tetapi bersedia untuk mengambil alih pengiraan jika pelayan utama gagal. Pelayan aktif (atau utama) secara berkala menghantar mesej jam ke pelayan sandaran (sekunder). Jika tiada mesej degupan jantung, yang dianggap sebagai kegagalan pelayan utama, pelayan kedua mengambil alih kawalan. Pendekatan ini meningkatkan ketersediaan tetapi tidak meningkatkan prestasi. Lebih-lebih lagi, jika satu-satunya jenis komunikasi antara nod ialah pemesejan, dan jika kedua-dua pelayan dalam kelompok tidak berkongsi cakera, maka pelayan sandaran tidak mempunyai akses kepada pangkalan data yang diuruskan oleh pelayan utama.

Lebihan pasif bukan tipikal untuk kelompok. Istilah "kluster" merujuk kepada satu set nod yang saling berkaitan yang mengambil bahagian secara aktif dalam proses pengkomputeran dan bersama-sama mencipta ilusi satu mesin pengkomputeran yang berkuasa. Konfigurasi ini biasanya dirujuk sebagai sistem dengan pelayan sekunder yang aktif, dan terdapat tiga kaedah pengelompokan: pelayan kendiri, pelayan bukan kongsi cakera dan pelayan kongsi cakera.

Dalam kaedah pertama, setiap nod kluster dianggap sebagai pelayan bebas dengan cakeranya sendiri, dan tiada satu pun daripada cakera dalam sistem dikongsi. Skim ini menyediakan prestasi tinggi dan ketersediaan tinggi, tetapi memerlukan perisian khas untuk menjadualkan pengedaran permintaan pelanggan merentas pelayan untuk mencapai penggunaan yang seimbang dan cekap bagi semua pelayan. Adalah perlu jika salah satu nod gagal semasa pelaksanaan aplikasi, satu lagi nod dalam kluster boleh memintas dan menamatkan aplikasi ini. Untuk melakukan ini, data dalam sistem mesti sentiasa disandarkan supaya setiap pelayan mempunyai akses kepada semua data terkini dalam sistem. Disebabkan kos ini, ketersediaan yang tinggi datang hanya dengan mengorbankan prestasi.

Untuk mengurangkan overhed komunikasi, kebanyakan kluster kini terdiri daripada pelayan yang disambungkan ke cakera kongsi, biasanya diwakili oleh tatasusunan cakera RAID (lihat Rajah 5.5.2).

Satu variasi pendekatan ini menganggap bahawa perkongsian cakera tidak digunakan. Cakera kongsi dibahagikan kepada sekatan, dan setiap nod kluster diperuntukkan sekatannya sendiri. Jika satu nod gagal, kluster boleh dikonfigurasikan semula supaya hak akses kepada partition cakera kongsinya dipindahkan ke nod lain.

Pilihan lain ialah berbilang pelayan berkongsi akses kepada cakera yang dikongsi dari semasa ke semasa, supaya mana-mana nod mempunyai akses kepada semua sekatan semua cakera yang dikongsi. Pendekatan ini memerlukan beberapa jenis mekanisme penguncian untuk memastikan bahawa hanya satu pelayan mempunyai akses kepada data pada bila-bila masa.

Kluster menyediakan ketersediaan yang tinggi - mereka tidak mempunyai sistem pengendalian tunggal dan memori yang dikongsi, iaitu tiada masalah keselarasan cache. Di samping itu, perisian khas dalam setiap nod sentiasa memantau prestasi semua nod lain. Kawalan ini adalah berdasarkan penghantaran berkala oleh setiap nod isyarat "Saya masih terjaga". Jika isyarat tidak diterima daripada nod tertentu, maka nod tersebut dianggap tidak teratur; ia tidak diberi keupayaan untuk melaksanakan I/O, cakera dan sumber lain (termasuk alamat rangkaian) ditugaskan semula ke nod lain, dan program yang dijalankan padanya dimulakan semula pada nod lain.

Skala prestasi kluster serta nod ditambah. Kluster boleh menjalankan berbilang aplikasi individu, tetapi menskalakan satu aplikasi memerlukan bahagiannya untuk berkomunikasi dengan bertukar-tukar mesej. Walau bagaimanapun, seseorang tidak boleh mengabaikan bahawa interaksi antara nod kluster mengambil masa lebih lama daripada sistem pengkomputeran tradisional. Keupayaan untuk mengembangkan bilangan nod hampir tanpa had dan kekurangan sistem pengendalian tunggal menjadikan seni bina kluster sangat berskala. Sistem dengan ratusan dan ribuan nod telah berjaya digunakan.

Apabila membangunkan kelompok, dua pendekatan boleh dibezakan. Pendekatan pertama ialah mencipta sistem kluster kecil. Kluster menggabungkan komputer berfungsi sepenuhnya yang terus beroperasi sebagai unit bebas, contohnya, komputer bilik darjah atau stesen kerja makmal. Pendekatan kedua adalah dengan sengaja mencipta sumber pengkomputeran yang berkuasa. Unit sistem komputer diletakkan padat -

terletak di rak khas, dan satu atau lebih komputer berfungsi sepenuhnya, dipanggil komputer hos, diperuntukkan untuk mengurus sistem dan menjalankan tugas. Dalam kes ini, tidak perlu melengkapkan komputer nod pengkomputeran dengan kad grafik, monitor, pemacu cakera dan peralatan persisian lain, yang mengurangkan kos sistem dengan ketara.

Banyak teknologi telah dibangunkan untuk menggabungkan komputer menjadi satu kelompok. Teknologi yang paling banyak digunakan pada masa ini ialah Ethernet, kerana kemudahan penggunaan dan kos peralatan komunikasi yang rendah. Walau bagaimanapun, anda perlu membayar untuk ini dengan kadar pertukaran yang jelas tidak mencukupi.

Pembangun pakej subrutin ScaLAPACK, yang direka untuk menyelesaikan masalah algebra linear pada sistem berbilang pemproses di mana bahagian operasi komunikasi adalah besar, merumuskan keperluan untuk sistem berbilang pemproses seperti berikut: “Kelajuan pertukaran antara pemproses antara dua nod, diukur dalam MB /s, mestilah sekurang-kurangnya 1/10 prestasi nod pengiraan puncak, diukur dalam MFLOPS."

Topologi kluster

Mari kita pertimbangkan ciri topologi bagi gugusan yang dipanggil "kecil", yang terdiri daripada dua hingga empat nod.

Topologi pasangan kluster digunakan apabila menyusun kelompok dua atau empat nod (Rajah 5.5.3). Nod dikumpulkan secara berpasangan, tatasusunan cakera dilampirkan pada kedua-dua nod yang merupakan sebahagian daripada pasangan, dan setiap nod pasangan mempunyai akses kepada semua tatasusunan cakera pasangan ini. Salah satu nod dalam pasangan digunakan sebagai sandaran untuk yang lain.

Pasangan kluster empat nod ialah lanjutan ringkas topologi dua nod. Dari sudut pandangan pentadbiran dan konfigurasi, kedua-dua pasangan kluster dianggap sebagai satu keseluruhan.

Topologi ini boleh digunakan untuk menyusun kelompok dengan ketersediaan data yang tinggi, tetapi toleransi kesalahan dilaksanakan hanya dalam sepasang, memandangkan peranti storan maklumat yang dimiliki oleh pasangan tidak mempunyai sambungan fizikal dengan pasangan lain.

				Tukar
kelompok			kelompok			kelompok			kelompok
Cakera			Cakera			Cakera			Cakera

nasi. 5.5.3. Topologi pasangan kluster

Topologi + 1 membolehkan anda mencipta kelompok dua, tiga dan empat nod (Gamb.5.5.4). Setiap tatasusunan cakera disambungkan kepada hanya dua nod kluster. Tatasusunan cakera disusun mengikut skema RAID1 (cerminan). Satu pelayan mempunyai sambungan kepada semua tatasusunan cakera dan berfungsi sebagai sandaran untuk semua nod lain (utama atau aktif). Pelayan siap sedia boleh digunakan untuk menyediakan ketersediaan tinggi apabila dipasangkan dengan mana-mana nod aktif.

Topologi disyorkan untuk mengatur kluster dengan ketersediaan data yang tinggi. Dalam konfigurasi yang mungkin untuk mendedikasikan satu nod kepada redundansi, topologi ini boleh mengurangkan beban pada nod aktif dan memastikan bahawa beban nod yang gagal boleh direplikasi pada nod siap sedia tanpa kehilangan prestasi. Toleransi kesalahan disediakan antara mana-mana nod utama dan nod sandaran. Pada masa yang sama, topologi tidak membenarkan toleransi kesalahan global, kerana nod kluster utama dan sistem storan maklumat mereka tidak disambungkan antara satu sama lain.

Topologi × adalah serupa dengan topologi + 1, membolehkan anda mencipta kelompok dua, tiga dan empat nod, tetapi tidak sepertinya, ia mempunyai fleksibiliti dan kebolehskalaan yang lebih besar (Rajah 5.5.5).

				Tukar
kelompok			kelompok			kelompok			kelompok

			Tukar
kelompok		kelompok			kelompok			kelompok

Tukar

Cakera			Cakera				Cakera

nasi. 5.5.5. Topologi ×

Hanya dalam topologi ini semua nod kluster mempunyai akses kepada semua tatasusunan cakera, yang, seterusnya, dibina mengikut skema RAID1 (cerminan). Skala topologi ditunjukkan dalam kemudahan menambah nod tambahan dan tatasusunan cakera pada kluster tanpa menukar sambungan dalam sistem.

kelompok

kelompok

kelompok

kelompok

Cakera

Cakera

Cakera

Cakera

nasi. 5.5.6. Topologi akses berasingan sepenuhnya

Topologi akses berasingan sepenuhnya membenarkan setiap tatasusunan cakera disambungkan kepada satu nod kluster sahaja (Rajah. 5.5.6 ). Disyorkan hanya untuk aplikasi yang dicirikan oleh seni bina akses yang berasingan sepenuhnya.

Soalan kawalan

1. Berikan definisi sistem pengkomputeran kelompok.

2. Namakan kelebihan dan kekurangan utama sistem pengkomputeran kluster.

3. Apakah klasifikasi sistem pengkomputeran kluster yang anda lakukan

4. Apakah topologi sistem kluster yang anda tahu? Namakan kelebihan dan kekurangan mereka.

kesusasteraan

1. Seni bina dan topologi sistem pengkomputeran berbilang pemproses / A.V. Bogdanov, V.V. Korkhov, V.V. Mareev, E.N. Stankova. - M.: INTUIT.RU, 2004. - 176 p.

2. Sistem mikropemproses: buku teks. manual untuk universiti /

E.K. Alexandrov, R.I. Grushvitsky, M.S. Kupriyanov dan lain-lain; diedit oleh D.V. Puzankova . - St. Petersburg: Politekhnika, 2002. - 935 p.

Sistem kluster

Apakah kluster?

Kelompok ialah koleksi pelayan, pemacu dan stesen kerja yang:
· Bertindak sebagai satu sistem;
· Dibentangkan kepada pengguna sebagai satu sistem;
· Diuruskan sebagai satu sistem;
Kluster juga merupakan peluang untuk menggunakan sumber pengkomputeran sistem anda sedemikian rupa sehingga sistem yang terhasil melebihi keupayaannya daripada jumlah keupayaan bahagiannya.

Kelebihan utama kluster adalah:
· Memastikan tahap ketersediaan yang tinggi berbanding dengan koleksi komputer atau pelayan yang berbeza. Peningkatan ketersediaan sistem memastikan aplikasi kritikal perniagaan berjalan selama mungkin. Aplikasi kritikal termasuk semua aplikasi yang secara langsung mempengaruhi keupayaan syarikat untuk membuat keuntungan, menyediakan perkhidmatan atau menyediakan fungsi penting lain. Menggunakan kluster memastikan bahawa jika pelayan atau aplikasi berhenti berfungsi seperti biasa, pelayan lain dalam kluster akan terus melaksanakan tugasnya dan mengambil alih peranan pelayan yang gagal untuk meminimumkan masa henti pengguna akibat kegagalan sistem.
· Peningkatan ketara dalam prestasi rangkaian keseluruhan (darjah kebolehskalaan yang tinggi). Kluster membolehkan anda meningkatkan kuasa pengkomputeran sistem secara fleksibel dengan menambahkan nod baharu padanya tanpa mengganggu kerja pengguna.
· Mengurangkan kos pentadbiran rangkaian tempatan (kebolehurusan yang baik).
· Memastikan ketersediaan perkhidmatan rangkaian yang tinggi. Walaupun salah satu pelayan kluster gagal, semua perkhidmatan yang disediakan oleh kluster kekal tersedia kepada pengguna.

Pembahagian kepada sistem Ketersediaan Tinggi dan Prestasi Tinggi

Dalam klasifikasi berfungsi, kelompok boleh dibahagikan kepada "Prestasi Tinggi" (HP), "Ketersediaan Tinggi" (HA) dan "Sistem Campuran".
Kelompok berkelajuan tinggi digunakan untuk tugasan yang memerlukan kuasa pengkomputeran yang ketara. Kawasan klasik di mana sistem sedemikian digunakan ialah:
· pemprosesan imej: rendering, pengecaman corak
· penyelidikan saintifik: fizik, bioinformatik, biokimia, biofizik
industri (masalah maklumat geografi, pemodelan matematik)
dan ramai lagi…
Kluster, yang diklasifikasikan sebagai sistem ketersediaan tinggi, digunakan di mana-mana kos masa henti yang mungkin melebihi kos kos yang diperlukan untuk membina sistem kluster, contohnya:
sistem pengebilan
· Operasi bank
· e-dagang
· pengurusan perusahaan, dsb...
Sistem bercampur menggabungkan ciri-ciri kedua-dua yang pertama dan kedua. Apabila meletakkannya, perlu diingatkan bahawa kluster yang mempunyai kedua-dua parameter Prestasi Tinggi dan Ketersediaan Tinggi pasti akan kehilangan prestasi kepada sistem yang memfokuskan pada pengkomputeran berkelajuan tinggi, dan kemungkinan masa henti kepada sistem yang memfokuskan untuk bekerja dalam mod ketersediaan tinggi.

Apakah kluster ketersediaan tinggi?
Kluster ketersediaan tinggi ialah sejenis sistem kluster yang direka untuk memastikan operasi berterusan aplikasi atau perkhidmatan kritikal. Penggunaan kluster ketersediaan tinggi membolehkan anda menghalang kedua-dua masa henti yang tidak dirancang yang disebabkan oleh kegagalan perkakasan dan perisian, serta masa henti yang dirancang yang diperlukan untuk kemas kini perisian atau penyelenggaraan pencegahan peralatan.

Kluster terdiri daripada dua nod (pelayan) yang disambungkan kepada tatasusunan cakera biasa. Semua komponen utama tatasusunan cakera ini - bekalan kuasa, pemacu cakera, pengawal I/O - adalah berlebihan dan boleh tukar panas. Nod kluster disambungkan antara satu sama lain oleh rangkaian dalaman untuk bertukar maklumat tentang keadaan semasa mereka. Kelompok ini dikuasakan daripada dua sumber bebas. Sambungan setiap nod ke rangkaian tempatan luaran juga diduakan.
Oleh itu, semua subsistem kluster mempunyai lebihan, jadi jika mana-mana elemen gagal, kluster secara keseluruhan akan kekal beroperasi.

Bagaimana kluster berfungsi
Kluster terdiri daripada beberapa komputer, dipanggil nod, menjalankan sistem pengendalian UNIX atau Windows. Pelayan ini bertindak sebagai entiti tunggal berhubung dengan rangkaian yang lain: pelayan "maya" yang berkuasa. Pelanggan menyambung ke kluster tanpa mengetahui komputer mana yang sebenarnya akan melayani mereka. Akses tanpa gangguan yang disediakan oleh kluster dicapai melalui pengesanan tepat pada masanya pelanggaran dalam pengendalian perkakasan dan perisian dan pemindahan automatik proses pemprosesan data ke nod yang berfungsi. Dalam kluster standard, setiap nod bertanggungjawab untuk mengehoskan sejumlah sumber tertentu. Jika nod atau sumber gagal, sistem memindahkan beberapa sumber ke nod lain dan memastikan ketersediaannya kepada pelanggan.