Кластерные операционные системы Microsoft

Введение
Актуальность. Развитие традиционных архитектур построения вычислительных систем идет достаточно быстрыми темпами. Повышается производительность, растет надежность и отказоустойчивость. Однако у этих архитектур есть один недостаток – высокая стоимость создаваемых систем. Это связано с усложнением аппаратных и программных составляющих системы, которые требуются для обеспечения таких темпов роста производительности. Однако потребность в вычислительных ресурсах в настоящее время очень высока во многих сферах научной и практической деятельности и для ее обеспечения не хватает ресурсов традиционных суперкомпьютерных систем.
Кластерные системы возникли как более дешевое решение проблемы недостатка вычислительных ресурсов, и основываются на использовании в своей архитектуре широко распространенных и относительно дешевых технологий, аппаратных и программных средств, таких как PC, Ethernet, Linux и т.д. Использование массовых технологии в кластерных системах стало возможным благодаря значительному прогрессу в развитии компонентов обычных вычислительных систем, таких как центральные процессоры, операционные системы, коммуникационные среды.
В настоящее время широкую популярность приобретают кластерные системы, выпускаемые корпорацией Microsoft, в связи с чем изучение данного вопроса является весьма актуальным.
Цель данной работы заключается в изучении кластерных операционных систем Microsoft. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- изучен имеющийся материал по тематике исследования;
- рассмотрено понятие кластера и его программное обеспечение;
- изучен кластер от Microsoft Windows Compute Cluster Server.
В ходе выполнения данных задач применялись такие методы исследования, как анализ, синтез, описание и обобщение.
В качестве объекта исследования выступает информационные истсемы, а предметом исследования являются кластерные операционные системы Microsoft.
1 Понятие кластера, программное обеспечение кластера
Кластер - это локальная (расположенная территориально в одном месте) вычислительная система, состоящая из множества независимых компьютеров и сети, связывающей их. Кроме того, кластер является локальной системой потому, что он управляется в рамках отдельного административного домена как единая компьютерная система. Компьютерные узлы из которых он состоит, являются стандартными, универсальными (персональными) компьютерами, используемыми в различных областях и для разнообразных приложений. Вычислительный узел может содержать либо один микропроцессор, либо несколько, образуя, в последнем случае, симметричную (SMP-) конфигурацию.
Сетевая компонента кластера может быть либо обычной локальной сетью, либо быть построена на основе специальных сетевых технологий, обеспечивающих сверхбыструю передачу данных между узлами кластера. Сеть кластера предназначена для интеграции узлов кластера и, обычно, отделена от внешней сети, через которую осуществляется доступ пользователей к кластеру [1].
Компьютеры, образующие кластер, всегда относительно независимы, что допускает остановку или выключение любого из них для проведения профилактических работ или установки дополнительного оборудования без нарушения работоспособности всего кластера

. В качестве вычислительных узлов в кластере обычно используются однопроцессорные персональные компьютеры, двух- или четырехпроцессорные SMP-серверы. Каждый узел работает под управлением своей копии операционной системы, в качестве которой чаще всего используются стандартные операционные системы. Состав и мощность узлов может меняться даже в рамках одного кластера, давая возможность создавать неоднородные системы. Выбор конкретной коммуникационной среды определяется многими факторами: особенностями класса решаемых задач, необходимостью последующего расширения кластера и т.п. Возможно включение в конфигурацию специализированных компьютеров, например, файл-сервера, и, как правило, предоставлена возможность удаленного доступа на кластер через Internet.
Программное обеспечение кластеров состоит из двух компонент:
- средств разработки/программирования;
- средств управления ресурсами [2].
К средствам разработки относятся компиляторы для языков, библиотеки различного назначения, средства измерения производительности, а также отладчики, что, всё вместе, позволяет строить параллельные приложения.
К программному обеспечению управления ресурсами относятся средства инсталляции, администрирования и планирования потоков работ.
Хотя для параллельной обработки существует очень много моделей программирования, но, на настоящий момент, доминирующим подходом является модель на основе передачи сообщений, реализованная в виде стандарта MPI. MPI - это библиотека функций, с помощью которых в программах на языках C или Фортран можно передавать сообщения между параллельными процессами, а также управлять этими процессами.
Альтернативами такому подходу являются языки на основе так называемого глобального распределенного адресного пространства GPAS, типичными представителями которых являются языки HPF (High Performance Fortran) и UPC (Unified Parallel C).
2 Windows Compute Cluster Server
Microsoft Windows Compute Cluster Server (CCS) является интегрированной платформой для проведения высокопроизводительных вычислений. С использованием этой платформы, производить вычисления на кластерах, имеющих от нескольких до сотен, и даже, тысяч узлов.
Конфигурирование, мониторинг, управление и обеспечение безопасного доступа для кластеров является очень трудной задачей, на решение которой требуется обычно большое количество времени и ресурсов. Одна из целей Windows CCS - максимально упростить управление вычислительными кластерами и сократить общую стоимость владения ими, одновременно сделав их доступными для более широкого круга пользователей. В частности, для Windows CCS процессы установки и администрирования максимально автоматизированы. Это достигается через интеграцию Windows CCS с технологиями Active Directory и Microsoft Operations Manger (MOM)