Высокопроизводительные парал. вычисления на кластерных системах. Воеводин (2005) (Высокопроизводительные парал. вычисления на кластерных системах. Воеводин (2005).pdf)

Министерство образования и науки Российской ФедерацииФедеральное агентство по образованиюНижегородский государственный университетим. Н.И. ЛобачевскогоВЫСОКОПРОЗВОДИТЕЛЬНЫЕПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯНА КЛАСТЕРНЫХ СИСТЕМАХМатериалы пятого Международногонаучно-практического семинара22–25 ноября 2005 г.Издательство Нижегородского госуниверситетаНижний Новгород20051УДК 681.3.012:51ББК 32.973.26–018.2:22В 93В93 Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах.

Материалы пятого Международного научнопрактического семинара / Под ред. проф. Р.Г. Стронгина. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета, 2005.253 с.Сборник сформирован по итогам научного семинара, посвященноготеоретической и практической проблематике параллельных вычислений, ориентированных на использование современных многопроцессорных архитектур кластерного типа. Семинар проходил в НижнемНовгороде 22–25 ноября 2005 года.Вошедшие в сборник материалы семинара представляют интересдля преподавателей и научных сотрудников высших учебных заведений, а также для инженеров, аспирантов и студентов вузов.Отв. за выпуск к.ф.-м.н., доцент В.А. ГришагинББК 32.973.26–018.2:22Поддержка семинараРоссийский фонд фундаментальных исследованийКомпания Intel TechnologiesФонд содействия развитию малых форм предприятийв научно-технической сфереКомпания eLine© Нижегородский госуниверситет им.

Н.И. Лобачевского, 2005222–25 ноября 2005 года Вычислительный Центр РАН, Институтматематического моделирования РАН, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского провели в Нижнем Новгородевторой Международный научно-практический семинар и Всероссийскую молодежную школу «Высокопроизводительные параллельныевычисления на кластерных системах».Главная направленность семинара и школы состояла в обсужденииосновных аспектов организации высокопроизводительных вычисленийв кластерных в кластерных компьютерных системах, активизации научно-практической деятельности исследователей в этой перспективнойобласти развития современных средств вычислительной техники, обмене опытом учебно-образовательной деятельности при подготовкеспециалистов в области параллельных вычислений.Проблематика семинара нацелена на рассмотрение следующих вопросов параллельных вычислений:− принципы построения кластерных вычислительных систем;− методы управления параллельных вычислениями в кластерныхсистемах;− параллельные алгоритмы решения сложных вычислительных задач;− программные среды и средства для разработки параллельныхпрограмм;− прикладные программные системы параллельных вычислений;− методы анализа и оценки эффективности параллельных программ;− проблемы подготовки специалистов в области параллельныхвычислений.В данный сборник включены материалы сообщений, которыепредставлены как в виде статей, так и в виде кратких тезисов.

Материалы сборника упорядочены в алфавитном порядке по фамилии первого автора.3ОРГКОМИТЕТ СЕМИНАРАСтронгин Р.Г.председатель оргкомитета,ректор ННГУ, профессор, д.ф.-м.н.Гергель В.П.заместитель председателя оргкомитета,профессор, д.т.н., ННГУБатищев Д.И.профессор, д.т.н., ННГУЕвтушенко Ю.Г.директор Вычислительного центра РАН,чл.-корр. РАННестеренко Л.В.директор по стратегии и технологиямНижегородской лаборатории Intel (INNL),к.ф.-м.н.Сергеев Я.Д.профессор, д.ф.-м.н., ННГУ, Калабрийскийуниверситет (Италия)Четверушкин Б.Н. директор Института математическогомоделирования РАН, чл.-корр. РАНГришагин В.А.ученый секретарь семинара, к.ф.-м.н., ННГУ4АРХИТЕКТУРАИ СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КЛАСТЕРНЫХ СИСТЕМА.И. Аветисян, О.И.

Самоваров, Д.А. ГрушинИнститут системного программирования Российской академии наук,Москва1. ВведениеВ ИСП РАН ведутся исследования по параллельному программированию и высокопроизводительным кластерным технологиям, поддерживаемые Российским Фондом Фундаментальных Исследований,Министерством промышленности науки и технологии Российской Федерации, Российской Академией наук и др. В рамках этих проектовведутся работы, связанные с проектированием и построением высокопроизводительных кластерных систем, разработкой системного программного обеспечения и средств параллельного программированиядля таких систем.

Кроме того, ведутся работы связанные с интеграциейкластерных ресурсов в инфраструктуру Grid.В данной работе затрагиваются вопросы архитектуры, проектирования и др. особенности построения высокопроизводительных кластерных систем, приводится обзор системного ПО, используемого припостроении в ИСП РАН кластеров, а также рассказывается о высокопроизводительных кластерах построенных в ИСП РАН.2. Особенности архитектуры вычислительных кластерныхсистемНа современном этапе в тех областях, интенсивное развитие которых невозможно представить без высокопроизводительных вычислений широко используются модульные вычислительные системы, построенные на базе компонент общего назначения с использованиемсвободно распространяемого системного программного обеспечения соткрытым исходным кодом называемые кластерами.

Архитектура таких вычислительных систем представляет собой множество однородных по аппаратуре и настройкам системного ПО модулей, объединенных специальной высокопроизводительной коммуникационной средой,имеющих единый центр доступа, администрирования, мониторинга иработающих под управление специального системного программногообеспечения. Благодаря открытости и модульности архитектуры, использования распространенных на рынке компонент (процессоров,5материнских плат, оперативной памяти, дисковой памяти и т.д.), свободно распространяемого ПО такие вычислительные системы имеютрад преимуществ: высокая производительность, эффективность, простота наращиваемости мощностей, простота эксплуатации и обслуживания и т.д.

однако наиболее привлекательным свойством таких вычислительных систем является оптимальное соотношения цена/производительность.Однако для того чтобы на практике получить описанные преимущества при использовании вычислительной системы для решения задач конкретной прикладной области на конкретном программном комплексе необходимо решить ряд задач еще на этапе проектированиявычислительной системы. Так архитектура вычислительного кластерадолжна учитывать особенности, используемой прикладным пакетоммодели вычислительной системы, параметры аппаратуры кластерадолжны быть согласованны с требованиями прикладного пакета к производительности узлов и характеристикам коммуникационного оборудования, используемые системные библиотеки установленные на кластере должны поддерживать оптимизации прикладного пакета и т.д.Решение данных задач требует глубокого понимания внутренней архитектуры прикладного пакета, используемых вычислительных параллельных алгоритмов, исследования современных технологий (многоядерных мультитредовых микропроцессоров, многопроцессорныхплатформ, высокопроизводительных сетевых технологий и т.д.) используемых при построении кластерных систем, разработки аналитических моделей позволяющих прогнозировать характеристики кластера для конкретного прикладного продукта, практического опыта построения таких систем.Таким образом, построение высокопроизводительного кластерапредставляет собой комплексную задачу, которая включает в себя несколько этапов.

Одним из наиболее важных является этап проектирования кластера. На этом этапе требования к кластерной вычислительной системе рассматриваться как его характеристики (производительность, эффективность, масштабируемость и т.д.) [1]. В этом случае, всоответствии с требуемыми характеристиками кластера и дополнительными требованиями заказчика (в том числе и бюджетом проекта),производится проектировочный расчет, и выбираются значения параметров аппаратной части кластера: выбор параметров вычислительногоузла (разрядность, количество процессоров, объем памяти, объем кэшаи др.), количество вычислительных узлов, характеристики коммуника6ционного оборудования, выбираются управляющий узел и управляющая сеть.

В общем случае при проектировании кластера его характеристики задаются для теста HPL (High Performance Linpack). Для случаев,когда кластер проектируется под определенный пакет прикладныхпрограмм, вместо теста HPL используются тесты, характеризующиесоответствующий класс задач. После определения проектных параметров и с учетом дополнительных требований (например, бюджет проекта) принимаются конструкционные решения о компоновке, системеэнергоснабжения и охлаждения кластера.Следующим важным этапом при построении кластера является установка и настройка системного программного обеспечения.3.