Rapor

CLUSTER COMPUTİNG
HAZIRLAYAN :
Gökçen TEMİRCİ
06260601
PARALEL HESAPLAMA
Paralel hesaplama, daha hızlı sonuç almak için bir uygulamaya ait program parçalarının
birden fazla işlemcide aynı anda çalıştırılmasıdır. Hesaplama ihtiyaçları, gün geçtikçe
artmaktadır. Daha yüksek frekanslı sensörler, görselleştirme kalitesinin artması, dağıtık veri
tabanları buna birer örnektir. Diğer taraftan işlemci teknolojisi fiziksel limitlerine
(termodinamik, ışık hızı, CMOS transistörler) yaklaşmaktadır. Ağ teknolojilerindeki hızlı
gelişmeler paralel hesaplama için kolay edinilebilir ve ulaşılabilir donanımlara izin vermektedir.
Paralel hesaplama ile gelen ek yükler:
 İşlemcilerde fazladan geçen süre
 İletişim ek yükü
 Senkronizasyon ek yükü
 Programın paralel olmayan/ olamayan parçaları
Paralel programlamada ek yük ve çalışma zamanı hızlanma ve verimlilik ile ifade edilir.
Paralel hesaplama yöntemleri şunlardır:
1- Çok Çekirekli hesaplama (Multicore computing)
Günümüzde de yaygınlaşan çok çekirdekli işlemcilerin içerisinde birden fazla işlemi (komut
setini) aynı anda yapmaya izin veren birden fazla denetim birimi (“çekirdek”) vardır. Bu denetim
birimleri ortak bellekleri kullanırlar.
Çok çekirdekli işlemcilerde ki avantajı kullanabilecek bir işletim sistemi ve uygun kodlarla
her bir çekirdek ayrı bir işlemci gibi kullanılabilir ve paralel hesaplama yapılabilir. Ancak bu
sistemin bazı dezavantajları da mevcuttur. İşletim sistemi ve bu işletim sisteminde kullanılan
yazılımlar, bu işlemcilerden maksimum verim alabilmek için, çok çekirdek mimarisini destekleyecek
şekilde olmalıdır.
2-Simetrik Çok İsleme (Symmetric multiprocessing, SMP)
Bu yöntemde, bir bilgisayar sisteminde veriyolları ile bağlı bir hafızayı paylasan (shared
memory) birden çok özdes islemci kullanımı esastır. Bugün yaygın olarak kullanılan SMP
mimarisidir. SMP sistemleri islem için gerekli olan verinin hafızanın neresinde olduğuna
bakmaksızın herhangi bir anda yapılmasına imkan sunar. Fakat bu yöntemde birtakım veriyolu
problemleri (bus contention) sebebiyle genellikle islemci sayısı bakımından sınırlıdır.
Ölçeklenebilirlği yüksek değildir. Çok yüksek hızlara ihtiyaç duyan uygulamalarda yetersiz kalırlar
Örnek SMP mimarisi
3-Dağıtık Hesaplama (Distributed computing)
Dağıtık hesaplama yönteminde ise islem parçaları, ağ (network) üzerinde birbirine bağlı
isleme ünitelerine dağıtılır. Bağlantı bu sekilde ağ üzerinde olduğundan son derece ölçeklenebilir
bir sistemdir. Dağıtık hesaplama sistemleri de kendi içinde üç ana kısma ayrılır:
1- Cluster Computing (Bilgisayar Kümeleri)
2- Massive parallel processing (Güçlü Paralel İşleme)
3- Grid computing (Izgara Hesaplama)
CLUSTER COMPUTİNG
Bu yöntemde bilgisayarlar ağ üzerinde birbirine bağlanarak tek bir bilgisayar gibi
çalıştırılırlar. Bu yöntemle birleştirilen bilgisayarların her biri bu ağdan bağımsız da çalışabilen
(standalone) bilgisayarlardır. Bilgisayar kümelerinin en çok kullanılan tipi Beowulf kümeleridir
(Beowulf clusters). Beowulf kümelerinde günlük hayatta alışık olduğumuz bilgisayar kasaları,
ethernet kullanılarak TCP/IP üzerinden yerel alan ağı ile birbirine bağlanır. Dünyanın en hızlı ilk
500 bilgisayarı içinde en çok kullanılan yöntem budur.
Hesaplamada küme bilgisayar kullanımı 1994 senesinde NASA’da Beowulf projesi ile
başlamıştır. 16 Intel 486 DX4 işlemci ethernet ile bağlanmıştır. Yüksek performanslı hesaplama,
artık küme bilgisayarlarla hesaplama halini almıştır. Küme bilgisayar, birlikte çalışmak üzere
bağlanmış birden fazla sunucudan oluşur. En önemli dezavantajı kullanıcıya tek sistem arayüzü
sunamamasıdır.
Küme hesaplamanın tanımından da belirtildiği gibi kümeli sistem kullanıcıya tek bir sistem
olarak görünmektedir; fakat burada dikkat edilmesi gereken sistemdeki tüm bilgisayarların
kullanıcıların kullanımına açık olduğudur. Ayrıca küme hesaplamada tüm bilgisayarlar dış dünyaya
açıktır. Bu tür sistemler için bir yerel ağa bağlı NT iş istasyonları kümesi örnek olarak verilebilir.
Küme hesaplamanın avantajları:
1-Birden çok bilgisayarın kaynakları kullanıldığından bir bilgisayar
sisteminin kullanılmasından elde edilebilecek çok daha yüksek seviyede başarım ve işlem gücü elde
edilmesi küme hesaplamanın sistemlerde kullanılmasını cazip kılan en önemli özelliktir.
2-Küme hesaplama çökmelere karşı etkin bir koruma sunmaktadır. Bir bilgisayarın çökmesi
durumunda o bilgisayara verilmiş olan iş hemen başka bir bilgisayara yönlendirilerek yapılmakta
olan işin aksaması önlenmektedir.
3- Kümeli sisteme bir bilgisayar dahil edilmek istendiği zaman bu bilgisayarın işletim
sistemi sistemdeki diğer bilgisayarlardan kopyalanarak kurulabilmekte ve ufak ayar
değişiklikleriyle bu bilgisayar sisteme kolaca dahil edilmektedir.
Dezavantajları:
1- Küme hesaplamaya tabi tutulacak sistemler doğaları gereği paralel işleme uygun
olmalılar ve bu tür uygulamaların sayısı oldukça sınırlıdır.
2- Küme hesaplama bilgisayar ağlarının gelişmesi sonucu ortaya çıkmış bir hesaplama
türüdür. Ancak küme hesaplamadaki en büyük sorunlar ağ iletişiminden kaynaklanmaktadır.
BEOWULF
Beowulf İngiliz edebiyatında ki bir epik eserin kahramanıdır. Bir bilgisayar sistemi olarak
Beowulf, ismini kökeninden esinlenerek almıştır.
Beowulf düşük maliyetli, çok bilgisayarlı yapısı kullanıcıdan soyutlanmış, yüksek başarımlı
bir süper bilgisayar sistemidir. Bir beowulf sistemi bir ana sunucu bilgisayar, gerekiyorsa uygun
sayıda ana sunucu bilgisayar ve uygun sayıda uç bilgisayardan oluşur. Uç bilgisayarların sayısı
maliyet ve başarım kıstasları için önemli bir parametredir. Bir Beowulf sisteminde ki tüm uç
bilgisayarlar dış dünyadan erişime kapalıdır. Beowulf sisteminin tek bir bilgisayar sistemi gibi
davranması, çalışması, görünmesi için kamaşık ağ alt yapısı gelişmiş ve ayrıntılı yazılımlar ile
kullanıcıdan gizlenir.
BEOWULF SİSTEMİ İÇİN GEREKLİ DONANIM BİLEŞENLERİ
Sunucu bilgisayarlar için ana işlem birimi, ana bellek gibi temel bileşenlere ek olarak
ekran, fare, klavye, CD-ROM ve disket sürücü gerekmektedir ve bunlara ek olarak iki adet
Ethernet kartına ihtiyaç vardır. Biri sistem içi diğeri dış dünyayla bağlantıyı sağlayabilmek için.
Uç bilgisayarlarda ise temel bileşenlere ek olarak disket sürücü gerekmektedir. Disket sürücü
hem ikincil bellek olarak hem de sistemi başlatmak için kullanılır. Ayrıca sistem içi iletişimi
sağlamak için bir adet Ethernet kartına da ihtiyaç vardır. Tüm bilgisayarlar arası iletişimi
sağlayabilmek için sisteme bir adet de Ethernet anahtarı dahil edilmelidir.
GEREKLİ YAZILIM BİLEŞENLERİ
Beowulf sisteminde işletim sistemi olarak Linux seçilmiştir. İşletim sistemi olarak Linux’
un tercih edilmesinde ki temel sebepler:
 Tamamen ücretsiz olması
 Gelişmiş görev, bellek ve ağ yönetimi sağlaması,
 Gelişmiş kütüphaneler ve program geliştirme araçları sağlaması
 Grafik arayüzü sunması
 Ve de en güvenilir işletim sistemlerinden biri olması.
İşletim sistemi olarak Windows NT veya Solaris gibi sistemlerde seçilebilir. Solaris gibi
bir işletim sistemi güvenilir bir sistem olmasına karşın Beowulf sisteminin temel aldığı düşük
maliyet ilkesine ters düştüğü için Linux tercih edilmiştir.
1 ana bilgisayar ve 5 uç bilgisayardan oluşmuş bir Beowulf sistemi görülmektedir.
Makinelere atanan sistem için ip numaraları özel ip numaraları olduğu görülmektedir. 10. ile
başlayan ip numaraları sadece yerel ağlarda ve bu gibi kapalı sistemlerde tercih edilmektedir. Bu
şekilde sistem güvenliği bir parçada olsa sağlanmaktadır.