Цель дипломного проекта - Разработка лабораторного комплекса «Кластерные технологии» в рамках дисциплины «Высокопроизводительные вычислительные системы» для обучения студентов кафедры АСУ.

Кроме того в ходе дипломного проектирования будет разработано программное обеспечение, которое будет представлять собой интерфейс, позволяющий запускать параллельные программы, балансируя нагрузку между узлами кластера. Поставляемый интерфейс MPICH2 этого не позволяет.

Анализ кластерных технологий в контексте лабораторного практикума

Типы кластеров

Кластер -- группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами связи и представляющая с точки зрения пользователя единый аппаратный ресурс.

Один из первых архитекторов кластерной технологии Gregory F. Pfister [Грегори Пфистер] дал кластеру следующее определение: «Кластер -- это разновидность параллельной или распределённой системы, которая:

· состоит из нескольких связанных между собой компьютеров;

· используется как единый, унифицированный компьютерный ресурс».

Обычно различают следующие основные виды кластеров:

· отказоустойчивые кластеры (High-availability clusters, HA, кластеры высокой доступности)

· кластеры с балансировкой нагрузки (Load balancing clusters)

· вычислительные кластеры (Computing clusters)

· grid-системы.

Кластеры высокой доступности

Обозначаются аббревиатурой HA (англ. High Availability -- высокая доступность). Создаются для обеспечения высокой доступности сервиса, предоставляемого кластером. Избыточное число узлов, входящих в кластер, гарантирует предоставление сервиса в случае отказа одного или нескольких серверов. Типичное число узлов -- два, это минимальное количество, приводящее к повышению доступности. Создано множество программных решений для построения такого рода кластеров.

Отказоустойчивые кластеры и системы вообще строятся по трем основным принципам:

· с холодным резервом или активный/пассивный. Активный узел выполняет запросы, а пассивный ждет его отказа и включается в работу, когда таковой произойдет. Пример -- резервные сетевые соединения, в частности, Алгоритм связующего дерева. Например, связка DRBD и HeartBeat.

· с горячим резервом или активный/активный. Все узлы выполняют запросы, в случае отказа одного нагрузка перераспределяется между оставшимися. То есть кластер распределения нагрузки с поддержкой перераспределения запросов при отказе. Примеры -- практически все кластерные технологии, например, Microsoft Cluster Server. OpenSource проект OpenMosix.

· с модульной избыточностью. Применяется только в случае, когда простой системы совершенно недопустим. Все узлы одновременно выполняют один и тот же запрос (либо части его, но так, что результат достижим и при отказе любого узла), из результатов берется любой. Необходимо гарантировать, что результаты разных узлов всегда будут одинаковы (либо различия гарантированно не повлияют на дальнейшую работу). Примеры -- RAID и Triple modular redundancy.

Конкретная технология может сочетать данные принципы в любой комбинации. Например, Linux-HA поддерживает режим обоюдной поглощающей конфигурации (англ. takeover), в котором критические запросы выполняются всеми узлами вместе, прочие же равномерно распределяются между ними.

Кластеры распределения нагрузки

Принцип их действия строится на распределении запросов через один или несколько входных узлов, которые перенаправляют их на обработку в остальные, вычислительные узлы. Первоначальная цель такого кластера -- производительность, однако, в них часто используются также и методы, повышающие надёжность. Подобные конструкции называются серверными фермами. Программное обеспечение (ПО) может быть как коммерческим (OpenVMS, MOSIX, Platform LSF HPC, Solaris Cluster Moab Cluster Suite, Maui Cluster Scheduler), так и бесплатным (OpenMosix, Sun Grid Engine, Linux Virtual Server).

Вычислительные кластеры

Кластеры используются в вычислительных целях, в частности в научных исследованиях. Для вычислительных кластеров существенными показателями являются высокая производительность процессора в операциях над числами с плавающей точкой (flops) и низкая латентность объединяющей сети, и менее существенными -- скорость операций ввода-вывода, которая в большей степени важна для баз данных и web-сервисов. Вычислительные кластеры позволяют уменьшить время расчетов, по сравнению с одиночным компьютером, разбивая задание на параллельно выполняющиеся ветки, которые обмениваются данными по связывающей сети. Одна из типичных конфигураций -- набор компьютеров, собранных из общедоступных компонентов, с установленной на них операционной системой Linux, и связанных сетью Ethernet, Myrinet, InfiniBand или другими относительно недорогими сетями. Такую систему принято называть кластером Beowulf. Специально выделяют высокопроизводительные кластеры (Обозначаются англ. аббревиатурой HPC Cluster -- High-performance computing cluster). Список самых мощных высокопроизводительных компьютеров (также может обозначаться англ. аббревиатурой HPC) можно найти в мировом рейтинге TOP500. В России ведется рейтинг самых мощных компьютеров СНГ.

Системы распределенных вычислений (grid)

Такие системы не принято считать кластерами, но их принципы в значительной степени сходны с кластерной технологией. Их также называют grid-системами. Главное отличие -- низкая доступность каждого узла, то есть невозможность гарантировать его работу в заданный момент времени (узлы подключаются и отключаются в процессе работы), поэтому задача должна быть разбита на ряд независимых друг от друга процессов. Такая система, в отличие от кластеров, не похожа на единый компьютер, а служит упрощённым средством распределения вычислений. Нестабильность конфигурации, в таком случае, компенсируется большимм числом узлов.

Кластер представляет собой группу географически локализованных взаимосвязанных компаний, поставщиков оборудования, комплектующих, специализированных услуг, инфраструктуры, научно-исследовательских институтов, высших учебных заведений и других организаций, взаимодополняющих друг друга и усиливающих конкурентные преимущества отдельных компаний и кластера в целом.

В классическом понимании «кластер – это сконцентрированные по географическому признаку группы взаимосвязанных компаний, специализированных поставщиков, поставщиков услуг, фирм в соответствующих отраслях, а также связанных с их деятельностью организаций (например, университетов, агентств по стандартизации, а также торговых объединений) в определенных областях, конкурирующих, но вместе с тем и ведущих совместную работу».

Таким образом, для того чтобы быть кластером, группа географически соседствующих взаимосвязанных компаний и связанных с ними организаций должна действовать в определенной сфере, характеризоваться общностью деятельности и взаимодополнять друг друга. Сегодня применение кластерного подхода рассматривается в качестве одного из наиболее эффективных путей развития территорий.

С позиции системного подхода кластер - это совокупность субъектов хозяйственной деятельности взаимосвязанных различных отраслей, объединенных в единую организационную структуру, элементы которой находятся во взаимосвязи и взаимозависимости, совместно функционируют с определенной целью. Формирование эффективных технологических цепочек из нескольких самостоятельных хозяйствующих субъектов является стратегическим мероприятием, требующим определенных долгосрочных вложений в их реализацию, и возможно только посредством их самоорганизации в результате взаимодействия предпосылок, сложившихся как внутри, так и во внешней среде этих потенциальных систем. Такое взаимодействие должно приводить к дополнительным выгодам для каждого из субъектов, создавать определенный стимул к формированию единой системы функционирования, обеспечению целостной системы.

Кластерное развитие экономики – это определенный инструмент бизнеса. Рыночно ориентированное общество формирует правила деятельности своих хозяйствующих субъектов через законы, взаимоотношения, банковский сектор, институты поддержки и т.д. Поэтому кластер, существующих в рамках данных правил, - это ни что иное, как особым образом организованное пространство, которое позволяет успешно развиваться крупным фирмам, малым предприятиям, поставщикам (оборудования, комплектующих, специализированных услуг), объектам инфраструктуры, научно-исследовательским центрам, вузам и другим организациям. При этом важно, что в кластере достигается прежде всего синергетический эффект, поскольку участие конкурирующих предприятий становится взаимовыгодным.

Кластеры можно идентифицировать как группу фирм-участников того или иного рынка, объединившихся на основе долгосрочных контрактов с целью эффективного использования ресурсов и специфических преимуществ для совместной реализации предпринимательских проектов. Используя преимущественно горизонтальные связи, специализацию и дополняя друг друга, они получают возможность для достижения более высоких результатов.

Характерные признаки кластеров можно свести к 12 показателям: возможности по исследованию и развитию; квалификация рабочей силы; развитие трудового потенциала; близость поставщиков; наличие капитала; доступ к специализированным услугам; отношения с поставщиками оборудования; ассоциирующиеся структуры; интенсивность формирования сетей; предпринимательская энергия; инновации и обучение; коллективное видение и руководство.

Кластеризация – это автоматическое разбиение элементов некоторого множества на группы в зависимости от их схожести. Синонимами термина "кластеризация" являются "автоматическая классификация", "обучение без учителя" и "таксономия".

Само понятие «кластер» определено неоднозначно: в каждом исследовании свои "кластеры". Переводится понятие кластер как «скопление», «гроздь». В искусственных нейронных сетях под понятием кластер понимается подмножество «близких друг к другу» объектов из множества векторов характеристик. Следовательно, кластер можно охарактеризовать как группу объектов, имеющих общие свойства.

Характеристиками кластера можно назвать два признака:

· внутренняя однородность;

· внешняя изолированность.

Кластеры могут быть непересекающимися, или эксклюзивными, и пересекающимися.

Процесс кластеризации зависит от выбранного метода и почти всегда является итеративным. Он может стать увлекательным процессом и включать множество экспериментов по выбору разнообразных параметров, например, меры расстояния, типа стандартизации переменных, количества кластеров и т.д. Однако эксперименты не должны быть самоцелью - ведь конечной целью кластеризации является получение содержательных сведений о структуре исследуемых данных. Полученные результаты требуют дальнейшей интерпретации, исследования и изучения свойств и характеристик объектов для возможности точного описания сформированных кластеров.

Кластеризация экономики обладает следующими основными преимуществами:

1. Объединение многообразных по форме собственности, организационно-правовому статусу, отраслевой и географической принадлежности организаций в целостную систему производства конечного продукта с высокой добавленной стоимостью. В систему включаются все стадии цепочки создания стоимости товара - от добычи сырья, разработки нововведений и подготовки соответствующих кадров до производства и реализации конечной продукции, обслуживания ее потребителей.

2. Все участники кластера сохраняют свою юридическую и хозяйственную самостоятельность, что не требует создания иерархических органов управления, снижает административные и организационные издержки. Руководство кластером осуществляет совет представителей производственных, исследовательских, торговых, финансовых, транспортных и других инфраструктурных организаций с участием потребителей, региональных властей и общественности.

3. Между участниками кластера устанавливаются не только рыночные, конкурентные, но и доверительные отношения сотрудничества в достижении единой цели на основе общих стратегических планов, договоров и альянсов, совместного использования брендов и других нематериальных активов, трансфертных цен, особых схем распределения синергетического эффекта. Это позволяет сократить трансакционные издержки. В кластере как предметно замкнутой мезоструктуре появляется возможность учесть совокупные издержки по производству и реализации конечной продукции, включая сопряженные, и народно-хозяйственный эффект, включая прибыль, прирост добавленной стоимости и бюджетного сальдо, социальный и экологический эффект.

4. Государственное управление кластером как мезоструктурой, в отличие от регулирования деятельности отдельных предприятий, развивает планомерность развития, межрегиональные связи, позволяет создать региональную инновационную и инфраструктурную систему, систему частно-государственного инвестиционно-инновационного партнерства.

Первоначально производство бытовой электроники было организовано на базе лицензионных соглашений, Корея повысила собственные расходы на НИОКР и перешла к стратегии партнерских отношений с иностранными фирмами, в т.ч. с малыми и средними инновационными предприятиями в США, научными центрами в России и т.д. Для России интерес представляет роль правительства в создании промышленной политики, национальной и региональных систем инноваций. До вступления Южной Кореи в ВТО (1995) широко использовались прямые субсидии, низкопроцентные займы и налоговые льготы, после вступления правительство перешло к менее явным формам поддержки индустриальных кластеров.

Таким образом, ученые и практики, рассматривая с разных точек зрения кластерные модели объединения организаций в эффективные экономические структуры, приходят к выводу, что они могут быть теми импульсами, которые при удачной концентрации производства, его специализации, использовании современных достижений коммуникации, координации, кооперации и сотрудничества помогут найти точки роста каждого конкретного региона, обеспечивая его победу в конкурентной борьбе. Как следствие в разных странах растет интерес к формированию и поддержке кластеров, происходит активизация правительственной политики в этой сфере.

Список литературы:

1. Асаул, А. Н. Строительный кластер – новая региональная производственная система /А. Н. Асаул // Экономика строительства. – 2004. – № 6. – С. 16–25.

2. Внукова, Н. Н. Концептуальные основы формирования трансграничных финансовых кластеров / Н. Н. Внукова // Экономическое возрождение России. – 2010. – № 1(23). – С. 100–108.

3. Ленчук Е.Б. Власкин Г.А. Кластерный подход в стратегии инновационного развития зарубежных стран// Проблемы прогнозирования – 2010, N 5. – С.38-51. - (Наука и технология)

4. Левин И. И все-таки она летает... G. Becattini. Il calabrone Italia. Bologna, "Mulino", 2008. М.: Свободная мысль, 2009.

Введение

Кластер (в экономике) -- сконцентрированная на некоторой территории группа взаимосвязанных организаций (компаний, корпораций, государств): поставщиков продукции, комплектующих и специализированных услуг; инфраструктуры; научно-исследовательских институтов; вузов и других организаций, взаимодополняющих друг друга и усиливающих конкурентные преимущества отдельных компаний и кластера в целом.

Актуальность создания кластеров, обусловленная общими закономерностями развития экономики на современном этапе, заключается в развитии партнерства между государством, экономикой и наукой. Кластер выступает как схема, согласно которой все производство продукции, начиная от ее разработки, первичного изготовления и заканчивая продажей, идет по единой цепи.

Сегодня функционирование и развитие национальной и региональной экономики все в большей степени определяется закономерностями глобализационных процессов, обусловливающих как формирование новых мирохозяйственных связей, так и определение конкретного статуса каждого государства, региона и отдельного предприятия в структуре мировой экономики. В качестве одной из основных составляющих глобализации выступает экономическая интеграция.

Цель курсовой работы: раскрыть суть понятия «кластер», определить сущность кластеров и их виды, определить, как развитие кластеров отражается на экономике страны, показать цели, задачи и направление информационного кластера в Сколково, и так же определить степень развития кластеров информационных технологий в Российской Федерации.

Понятие, сущность и виды кластеров

В классическом понимании «кластер - это сконцентрированные по географическому признаку группы взаимосвязанных компаний, специализированных поставщиков, поставщиков услуг, фирм в соответствующих отраслях, а также связанных с их деятельностью организаций (например, университетов, агентств по стандартизации, а также торговых объединений) в определенных областях, конкурирующих, но вместе с тем и ведущих совместную работу».

Степень развития и значимость источников конкурентных преимуществ определяют стадии развития конкуренции и модели экономического роста государств, регионов и предприятий. Промышленные предприятия создают основу для потребления и увеличения национального богатства, следовательно, в рыночной экономике большое значение играет именно их конкурентоспособность. В целом различаются 3 широких определения кластеров, каждое из которых подчеркивает основную черту их функционирования:

регионально ограниченные формы экономической активности внутри родственных секторов, обычно привязанные к тем или иным научным учреждениям (НИИ, университетам и т.д.);

вертикальные производственные цепочки, узко определенные секторы, в которых смежные этапы производственного процесса образуют ядро кластера (например, цепочка «поставщик-производитель-сбытовик-клиент»). В эту же категорию попадают сети, формирующиеся вокруг головных фирм;

отрасли промышленности, определенные на высоком уровне агрегации (например, «химический кластер») или совокупности секторов на еще более высоком уровне агрегации (например, «агропромышленный кластер»).

Необходимо отметить, что кластерное развитие экономики - это определенный инструмент бизнеса. Рыночно ориентированное общество формирует правила деятельности своих хозяйствующих субъектов через законы, взаимоотношения, банковский сектор, институты поддержки и т.д. Поэтому кластер, существующих в рамках данных правил, - это ни что иное, как особым образом организованное пространство, которое позволяет успешно развиваться крупным фирмам, малым предприятиям, поставщикам (оборудования, комплектующих, специализированных услуг), объектам инфраструктуры, научно-исследовательским центрам, вузам и другим организациям. При этом важно, что в кластере достигается прежде всего синергетический эффект, поскольку участие конкурирующих предприятий становится взаимовыгодным.

Отличительная черта кластера - целевая предпринимательская деятельность. В рамках кластера объединяются не только производственный, но и инновационный бизнес, комплексное управление качеством продукции, сервисное обслуживание. Объединение усилий предпринимателей, органов управления, субъектов инвестиционной и инновационной деятельности на определенной территории дает значительные преимущества в конкурентной борьбе, способствует рационализации производственно-рыночных процессов, перераспределению рисков и проведению гибкой политики, необходимой в условиях быстро меняющейся конъюнктуры.

Внедрение кластерных технологий объединения предприятий способствует росту деловой активности, улучшению инвестиционного климата в регионе страны, развитию социальных, экономических, информационных и интеграционных систем, что, в свою очередь, дает импульс для более интенсивного развития предпринимательства, привлечения инвестиций и экономического подъема территорий.

Наиболее развитые кластеры имеют пять принципиальных характеристик, первые три из которых могут рассматриваться в качестве стартовых предпосылок для формирования кластеров.

1. Наличие конкурентоспособных предприятий. В качестве индикаторов конкурентоспособности могут рассматриваться: относительно высокий уровень производительности компаний и секторов, входящих в кластер; высокий уровень экспорта продукции и услуг; высокие экономические показатели деятельности компаний (такие как прибыльность, акционерная стоимость).

2. Наличие в регионе конкурентных преимуществ для развития кластера. Например, выгодное географическое положение; доступ к сырью; наличие специализированных людских ресурсов, поставщиков комплектующих и связанных услуг, специализированных учебных заведений и образовательных программ, специализированных организаций, проводящих НИОКР, не-обходимой инфраструктуры и другие факторы. В качестве индикаторов конкурентных преимуществ территории могут рассматриваться: сравнительно высокий уровень привлеченных иностранных инвестиций на уровне предприятий или секторов, входящих в кластер.

3. Географическая концентрация и близость. Ключевые участники кластеров находятся в географической близости друг к другу и имеют возможности для активного взаимодействия. Географический масштаб может варьироваться от типа и особенностей кластера и охватывать один или несколько регионов государства. В качестве индикаторов географической концентрации могут рассматриваться различные показатели, характеризующие высокий уровень специализации данного региона.

4. Широкий набор участников и наличие «критической массы». Кластер может состоять из компаний, производящих конечную продукцию и услуги, как правило, экспортируемые за пределы региона, системы поставщиков комплектующих, оборудования, специализированных услуг, а также профессиональных образовательных учреждений, НИИ и других поддерживающих организаций. В качестве индикаторов могут рассматриваться показатели, характеризующие высокий уровень занятости на предприятиях и в секторах, входящих в кластер, количество компаний и организаций относящихся к секторам, входящим в кластер.

5. Наличие связей и взаимодействия между участниками кластеров - один из ключевых факторов успеха. Эти связи могут иметь различную природу, включая формализованные взаимоотношения между головной компанией и поставщиками, между самими поставщиками, партнерство с поставщиками оборудования и специализированного сервиса; связи между компаниями, ВУЗами и НИИ в рамках сотрудничества при реализации совместных НИОКР и образовательных программ.

Для экономики всего государства кластеры исполняют роль точек роста внутреннего рынка. Вслед за первым зачастую образуются новые кластеры, и международная конкурентоспособность страны в целом увеличивается, что обеспечивается в том числе сильными позициями отдельных кластеров, тогда как вне них даже самая развитая экономика может давать только посредственные результаты.

Условное деление на классы предложено Язеком Радаевским и Дугласом Эдлайном:

Класс I. Класс машин строится целиком из стандартных деталей, которые продают многие продавцы компьютерных компонент (низкие цены, простое обслуживание, аппаратные компоненты доступны из различных источников).

Класс II. Система имеет эксклюзивные или не широко распространенные детали. Этим можно достичь очень хорошей производительности, но при более высокой стоимости.

Как уже указывалось выше, кластеры могут существовать в различных конфигурациях. Наиболее употребляемыми типами кластеров являются: Системы высокой надежности. Системы для высокопроизводительных вычислений. Многопоточные системы.

Отметим, что границы между этими типами кластеров до некоторой степени размыты, и часто существующий кластер может иметь такие свойства или функции, которые выходят за рамки перечисленных типов. Более того, при конфигурировании большого кластера, используемого как система общего назначения, приходится выделять блоки, выполняющие все перечисленные функции.

Кластеры для высокопроизводительных вычислений предназначены для параллельных расчётов. Эти кластеры обычно собраны из большого числа компьютеров. Разработка таких кластеров является сложным процессом, требующим на каждом шаге аккуратных согласований таких вопросов как инсталляция, эксплуатация и одновременное управление большим числом компьютеров, технические требования параллельного и высокопроизводительного доступа к одному и тому же системному файлу (или файлам) и межпроцессорная связь между узлами и координация работы в параллельном режиме. Эти проблемы проще всего решаются при обеспечении единого образа операционной системы для всего кластера. Однако реализовать подобную схему удаётся далеко не всегда и обычно она обычно применяется лишь для не слишком больших систем.

Многопоточные системы используются для обеспечения единого интерфейса к ряду ресурсов, которые могут со временем произвольно наращиваться (или сокращаться) в размере. Наиболее общий пример этого представляет собой группа Веб-серверов.

В 1994 году Томас Стерлинг (Sterling) и Дон Беккер (Becker) создали 16-и узловой кластер из процессоров Intel DX4, соединенных сетью 10Мбит/с Ethernet с дублированием каналов. Они назвали его «Beowulf » по названию старинной эпической поэмы. Кластер возник в центре NASA Goddard Space Flight Center для поддержки необходимыми вычислительными ресурсами проекта Earth and Space Sciences. Проектно-конструкторские работы над кластером быстро превратились в то, что известно сейчас под названием проект Beowulf. Проект стал основой общего подхода к построению параллельных кластерных компьютеров и описывает многопроцессорную архитектуру, которая может с успехом использоваться для параллельных вычислений. Beowulf-кластер, как правило, является системой, состоящей из одного серверного узла (который обычно называется головным узлом), а также одного или нескольких подчинённых узлов (вычислительных узлов), соединённых посредством стандартной компьютерной сети. Система строится с использованием стандартных аппаратных компонент, таких как ПК, запускаемых под Linux, стандартных сетевых адаптеров (например, Ethernet) и коммутаторов. Нет особого программного пакета, называемого «Beowulf». Вместо этого имеется несколько кусков программного обеспечения, которые многие пользователи нашли пригодными для построения кластеров Beowulf. Beowulf использует такие программные продукты как операционную систему Linux, системы передачи сообщений PVM, MPI, системы управления очередями заданий и другие стандартные продукты. Серверный узел контролирует весь кластер и обслуживает файлы, направляемые к клиентским узлам.

Транспьютерные системы.

Транспьютер (англ. transputer ) - элемент построения многопроцессорных систем, выполненный на одном кристалле большой интегральной схемы, продукт английской компании INMOS Ltd. (ныне - подразделение STMicroelectronics ).

Термин транспьютер происходит от слов Transistor и Computer . Такой генезис должен, по мнению разработчиков, подчёркивать возможность построения сложных вычислительных комплексов на базе транспьютеров, где их роль уподоблялась бы роли транзисторов, выступающих основным элементом при проектировании электронных схем. Другая интерпретация: trans-put-er -тот, кто передаёт , указывает на присутствие встроенных скоростных устройств ввода/вывода для обмена с соседними процессорами.

Параллельная система может создаваться из набора транспьютеров, которые функционируют независимо и взаимодействуют через последовательные каналы связи. Такие системы можно проектировать и программировать на языке Occam , основанном на концепции взаимодействующих процессов (англ.), или на других языках (например, Concurrent C, Concurrent Fortran), имеющих соответствующие средства.

Язык программирования Occam был разработан компанией INMOS на основе теории Энтони Хоара (англ. C . A . R . Hoare ) о взаимодействии процессов. Occam является алголо -подобным языком высокого уровня; при этом язык оптимизирован с точки зрения эффективности его трансляции в систему команд транспьютера. Первоначально INMOS даже предлагала воспринимать Occam в качестве транспьютерного ассемблера, но позже выпустила пакет низкоуровневых средств для разработчиков компиляторов, а также включила в Occam предписание GUY, позволяющее вставлять код на уровне процессора.

Транспьютеры успешно использовались в различных областях - от встроенных систем до суперЭВМ. В настоящее время транспьютеры не производятся, будучи вытесненными похожими разработками конкурентов, особенно Texas Instruments (TMS320) и Intel (80860 ). Принято считать, что концепция транспьютеров оказала заметное влияние на развитие микропроцессорной техники 1980 -1990-х годов . Так, термин линк (link) - физический канал связи между параллельно работающими процессорами - пришёл из транспьютеров, а протокол транспьютерного линка стал стандартом IEEE.

Кластер - группа компьютеров , объединённых высокоскоростными каналами связи и представляющая с точки зрения пользователя единый аппаратный ресурс.

Один из первых архитекторов кластерной технологии Грегори Пфистер (Gregory F. Pfister) дал кластеру следующее определение: «Кластер - это разновидность параллельной или распределённой системы, которая:

состоит из нескольких связанных между собой компьютеров ; используется как единый, унифицированный компьютерный ресурс».

Обычно различают следующие основные виды кластеров:

Отказоустойчивые кластеры (High-availability clusters, HA, кластеры высокой доступности)

Кластеры с балансировкой нагрузки (Load balancing clusters)

Вычислительные кластеры (Computing clusters)

2.1 Отказоустойчивые кластеры

Для обеспечения надежности и отказоустойчивости вычислительных систем применяется множество различных аппаратурных и программных решений. Например, в системе может дублироваться все подверженные отказам элементы - источники питания, процессоры, оперативная и внешняя память.

Избыточное число узлов, входящих в кластер, гарантирует предоставление сервиса в случае отказа одного или нескольких серверов. Типичное число узлов - два, это минимальное количество, приводящее к повышению доступности. Создано множество программных решений для построения такого рода кластеров (рисунок 1).

Рисунок 1 Отказоустойчивый кластер

2.2 Кластеры с балансировкой нагрузки

Принцип действия кластеров с балансировкой нагрузки строится на распределении запросов через один или несколько входных узлов, которые перенаправляют их на обработку в остальные, вычислительные узлы. Первоначальная цель такого кластера - производительность, однако, в них часто используются также и методы, повышающие надёжность. Подобные конструкции называются серверными фермами

Серверная ферма - это ассоциация серверов , соединенных сетью передачи данных и работающих как единое целое. Один из видов серверной фермы определяет метакомпьютерная обработка . Во всех случаях рассматриваемая ферма обеспечивает распределенную обработку данных . Она осуществляется в распределенной среде обработки данных .

Кластеры с балансировкой нагрузки внешне очень похожи на HA-кластеры, однако если LBC-кластеры автоматически являются и HA-кластерами, обеспечивая высокий уровень доступа, то обратное утверждение неверно и HA-кластеры не могут выступать в роли LBC.

Идея кластеров с балансировкой нагрузки очень проста. Если у нас имеется HA-кластер, узлы которого дублируют друг друга (разделяя общую внешнюю память), то почему бы не распределить поступающие запросы равномерно между всеми узлами кластера? Пользователь, заходящий на Web (например), автоматически перенаправляется на наименее загруженный узел, что позволяет всем узлам работать параллельно и легко масштабировать мощность кластера. Выход одного узла из строя не приведет к падению всей системы. Производительность кластера уменьшится, но функционировать система не перестанет.

Специально для этой цели DNS-сервера поддерживают технологию "Round robin DNS", связывающую с одним доменным именем список IP-адресов, соответствующих "своим" узлам кластера, которые перебираются в кольцевом порядке. Степень загрузки узлов при этом не учитывается, поскольку внешний DNS-сервер ничего не может знать о ней, однако внутренний маршрутизатор (которому, кстати говоря, достаточно всего одного IP) может собирать данные со счетчиков производительности, выбирая наименее загруженный узел кластера (рисунок 2).

Аналогичная технология используется для брандмауэров, установленных на магистральных каналах, антивирусов, спам-фильтров и многих других задач.

Единственной операционной системой, поддерживающей кластеризацию с балансировкой нагрузки, была и остается OpenBSD с установкой специального программного обеспечения (http://www.openbsd.org/cgi-bin/cvsweb/src/usr.sbin/relayd/), все остальные требуют аппаратной поддержки со стороны маршрутизаторов, что впрочем не является проблемой, поскольку все крупные производители (3Com, Cisco) ее поддерживают.

Рисунок 2 Кластер с балансировкой нагрузки

Основные типы кластеров на примере решений Microsoft. Кластер в туризме

Анализ кластерных технологий в контексте лабораторного практикума

Типы кластеров

Введение

Понятие, сущность и виды кластеров

2.1 Отказоустойчивые кластеры

2.2 Кластеры с балансировкой нагрузки