Что входит в кластер

Кластер — группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами связи, представляющая с точки зрения пользователя единый аппаратный ресурс. Кластер – слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений, и представляющихся пользователю единой системой. Один из первых архитекторов кластерной технологии Грегори Пфистер дал кластеру следующее определение: «Кластер — это разновидность параллельной или распределённой системы, которая:

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

Обычно различают следующие основные виды кластеров:

  1. отказоустойчивые кластеры (High-availability clusters, HA, кластеры высокой доступности)
  2. кластеры с балансировкой нагрузки (Load balancing clusters)
  3. вычислительные кластеры (High performance computing clusters, HPC)
  4. системы распределенных вычислений

Содержание

Классификация кластеров [ править | править код ]

Кластеры высокой доступности [ править | править код ]

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 разделяются на 3 основных типа:

  • 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/Corosync.
  • 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. [1]

Кластеры распределения нагрузки (Network Load Balancing, NLB) [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

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 ClusterHigh-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. [2]

Системы распределенных вычислений (grid) [ править | править код ]

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 больши́м числом узлов.

Кластер серверов, организуемых программно [ править | править код ]

Кластер серверов (в информационных технологиях) — группа серверов, объединённых логически, способных обрабатывать идентичные запросы и использующихся как единый ресурс. Чаще всего серверы группируются посредством локальной сети. Группа серверов обладает большей надежностью и большей производительностью, чем один сервер. Объединение серверов в один ресурс происходит на уровне программных протоколов.

Читайте также:  Табельный номер военнослужащего как узнать

В отличие от аппаратного кластера компьютеров, кластеры организуемые программно, требуют:

  • наличия специального программного модуля (Cluster Manager), основной функцией которого является поддержание взаимодействия между всеми серверами — членами кластера:
  • синхронизации данных между всеми серверами — членами кластера;
  • распределение нагрузки (клиентских запросов) между серверами — членами кластера;
  • от умения клиентского программного обеспечения распознавать сервер, представляющий собой кластер серверов, и соответствующим образом обрабатывать команды от Cluster Manager;
    • если клиентская программа не умеет распознавать кластер, она будет работать только с тем сервером, к которому обратилась изначально, а при попытке Cluster Manager перераспределить запрос на другие серверы, клиентская программа может вообще лишиться доступа к этому серверу (результат зависит от конкретной реализации кластера).
    • Примеры программных кластерных решений

      • IBM Lotus Notes
      • HP MC/ServiceGuard

      Применение [ править | править код ]

      В большинстве случаев, кластеры серверов функционируют на раздельных компьютерах. Это позволяет повышать производительность за счёт распределения нагрузки на аппаратные ресурсы и обеспечивает отказоустойчивость на аппаратном уровне.

      Однако, принцип организации кластера серверов (на уровне программного протокола) позволяет исполнять по нескольку программных серверов на одном аппаратном. Такое использование может быть востребовано:

      • при разработке и тестировании кластерных решений;
      • при необходимости обеспечить доступность кластера только с учётом частых изменений конфигурации серверов — членов кластера, требующих их перезагрузки (перезагрузка производится поочерёдно) в условиях ограниченных аппаратных ресурсов.

      Самые производительные кластеры [ править | править код ]

      Дважды в год организацией TOP500 публикуется список пятисот самых производительных вычислительных систем в мире, среди которых в последнее время часто преобладают кластеры. Самым быстрым кластером является IBM Roadrunner (Лос-Аламосская национальная лаборатория, США, созданный в 2008 году), его максимальная производительность (на июль 2008) составляет 1,026 Петафлопс. Самая быстрая система в Европе (на июль 2008) — суперкомпьютер, BlueGene/P находится в Германии, в исследовательском центре города Юлих, земля Северный Рейн-Вестфалия, максимально достигнутая производительность 167,3 Терафлопс.

      Кластерные системы занимают достойное место в списке самых быстрых, при этом значительно выигрывая у суперкомпьютеров в цене. На июль 2008 года на 7 месте рейтинга TOP500 находится кластер SGI Altix ICE 8200 (Chippewa Falls, Висконсин, США).

      Сравнительно дешёвую альтернативу суперкомпьютерам представляют кластеры, основанные на концепции Beowulf, которые строятся из обыкновенных недорогих компьютеров на основе бесплатного программного обеспечения. Один из практических примеров такой системы — Stone Soupercomputer в Национальной лаборатории Ок-Ридж (Теннесси, США, 1997).

      Крупнейший кластер, принадлежащий частному лицу (из 1000 процессоров), был построен Джоном Козой (John Koza).

      История [ править | править код ]

      История создания кластеров неразрывно связана с ранними разработками в области компьютерных сетей. Одной из причин для появления скоростной связи между компьютерами стали надежды на объединение вычислительных ресурсов. В начале 1970-х годов группой разработчиков протокола TCP/IP и лабораторией Xerox PARC были закреплены стандарты сетевого взаимодействия. Появилась и операционная система Hydra для компьютеров PDP-11 производства DEC, созданный на этой основе кластер был назван C.mpp (Питтсбург, штат Пенсильвания, США, 1971 год). Тем не менее, только около 1983 года были созданы механизмы, позволяющие с лёгкостью пользоваться распределением задач и файлов через сеть, по большей части это были разработки в SunOS (операционной системе на основе BSD от компании Sun Microsystems).

      Первым коммерческим проектом кластера стал ARCNet, созданный компанией Datapoint в 1977 году. Прибыльным он не стал, и поэтому строительство кластеров не развивалось до 1984 года, когда DEC построила свой VAXcluster на основе операционной системы VAX/VMS. ARCNet и VAXcluster были рассчитаны не только на совместные вычисления, но и совместное использование файловой системы и периферии с учётом сохранения целостности и однозначности данных. VAXCluster (называемый теперь VMSCluster) — является неотъемлемой компонентой операционной системы HP OpenVMS, использующих процессоры DEC Alpha и Itanium.

      Два других ранних кластерных продукта, получивших признание, включают Tandem Hymalaya (1994, класс HA) и IBM S/390 Parallel Sysplex (1994).

      История создания кластеров из обыкновенных персональных компьютеров во многом обязана проекту Parallel Virtual Machine. В 1989 году это программное обеспечение для объединения компьютеров в виртуальный суперкомпьютер открыло возможность мгновенного создания кластеров. В результате суммарная производительность всех созданных тогда дешёвых кластеров обогнала по производительности сумму мощностей «серьёзных» коммерческих систем.

      Создание кластеров на основе дешёвых персональных компьютеров, объединённых сетью передачи данных, продолжилось в 1993 году силами Американского аэрокосмического агентства NASA, затем в 1995 году получили развитие кластеры Beowulf, специально разработанные на основе этого принципа. Успехи таких систем подтолкнули развитие grid-сетей, которые существовали ещё с момента создания UNIX.

      Программные средства [ править | править код ]

      Широко распространённым средством для организации межсерверного взаимодействия является библиотека MPI, поддерживающая языки C и Fortran. Она используется, например, в программе моделирования погоды MM5.

      Операционная система Solaris предоставляет программное обеспечение Solaris Cluster, которое служит для обеспечения высокой доступности и безотказности серверов, работающих под управлением Solaris. Для OpenSolaris существует реализация с открытым кодом под названием OpenSolaris HA Cluster.

      Среди пользователей GNU/Linux популярны несколько программ:

      • distcc, MPICH и др. — специализированные средства для распараллеливания работы программ. distcc допускает параллельную компиляцию в GNU Compiler Collection.
      • Linux Virtual Server, Linux-HA — узловое ПО для распределения запросов между вычислительными серверами.
      • MOSIX, openMosix, Kerrighed, OpenSSI — полнофункциональные кластерные среды, встроенные в ядро, автоматически распределяющие задачи между однородными узлами. OpenSSI, openMosix и Kerrighed создают среду единой операционной системы между узлами.

      Кластерные механизмы планируется встроить и в ядро DragonFly BSD, ответвившуюся в 2003 году от FreeBSD 4.8. В дальних планах также превращение её в среду единой операционной системы.

      Читайте также:  Французский легион отзывы отслуживших

      Компанией Microsoft выпускается HA-кластер для операционной системы Windows. Существует мнение, что он создан на основе технологии Digital Equipment Corporation, поддерживает до 16 (с 2010 года) узлов в кластере, а также работу в сети SAN (Storage Area Network). Набор API-интерфейсов служит для поддержки распределяемых приложений, есть заготовки для работы с программами, не предусматривающими работы в кластере.

      Windows Compute Cluster Server 2003 (CCS), выпущенный в июне 2006 года разработан для высокотехнологичных приложений, которые требуют кластерных вычислений. Издание разработано для развертывания на множестве компьютеров, которые собираются в кластер для достижения мощностей суперкомпьютера. Каждый кластер на Windows Compute Cluster Server состоит из одного или нескольких управляющих машин, распределяющих задания и нескольких подчиненных машин, выполняющих основную работу. В ноябре 2008 года представлен Windows HPC Server 2008, призванный заменить Windows Compute Cluster Server 2003.

      Novell Open Enterprise Server (OES) — сетевая операционная система, « сплав » Novell NetWare и SUSE Linux Enterprise Server; кроме прочего способная создавать смешанные кластеры, в которых ресурсы при сбое могут перемещаться с сервера NetWare на сервер Linux и наоборот.

      • Что такое кластер
      • Как восстановить кластеры
      • Как нарисовать схему в ворде

      – чем крупнее кластер, тем выше производительность компьютера, т.к. меньше размер FAT (таблицы размещения файлов) и, соответственно, выше скорость файловых операций;

      – с другой стороны, чем крупнее кластер, тем больше места на диске может теряться впустую. Например, вы записываете файл размером 2 кБ в кластер размером 32 кБ. Итого, 30 кБ дискового пространства потеряны для вас, поскольку никакая другая информация в этот кластер уже не запишется;

      – при размере кластера больше 4 кБ не будет работать встроенные в файловую систему функции сжатия.

      Сегодня тема несколько специфическая. Мы будем выяснять что такое кластер. Что вообще означает это понятие и что оно означает в самых разнообразных профессиях и специальностях. Что бы узнать, что означает само понятие кластер, заглянем в Википедию. Там можно прочитать следующее:

      Кластер, от англ. Cluster, что значит скопление, кисть, рой — это объединение нескольких однородных элементов, рассматриваемое как самостоятельная единица, обладающая определёнными свойствами

      Простым языком – это несколько одинаковых предметов или явлений. Которые объединяются в группу по каким-то общим признакам. Например, таким кластером может являться группа компьютеров, которая объединена высокоскоростными каналами связи и представляет собой единый аппаратный ресурс.

      Составить кластер в принципе несложно. Достаточно ознакомиться с некоторыми примерами и все сразу станет понятно.

      Что бы составить кластер берется некое ключевое слово, под которое подбираются понятия уже по категориям.

      Что же касается непосредственно примеров, то мы их сейчас и рассмотрим, причем из разных областей науки и техники.

      Содержание:

      Кластер в информатике, что это такое

      Один из примеров кластера в информатике уже был приведен ранее. Это группа компьютеров, которая объединена высокоскоростными каналами связи и представляет собой единый аппаратный ресурс.

      Кроме того, кластерами в информатике могут быть еще и сектора жесткого диска. Это будет являться физическим кластером. Он представляет собой логическую единицу хранения файла. Для того, чтобы файлы размещались компактно, существуют специальные файловые системы, например, FAT32. Здесь объем кластера равен 8 секторам или 4 килобайтам для диска любого объема.

      Компьютерные кластеры бывают как высокопроизводительными, например, НРС (High Performance Clusters), так и высокой доступности — НАС (High Availability Clusters). В системе НАС повышение доступности сервисов достигается увеличением числа узлов кластера.

      В целом, в информатике в кластер можно выделить любую систему, любое действие. Главное, чтобы элементы кластера были схожи между собой.

      Что такое кластер в экономике

      В экономике понятие кластер включает в себя взаимозаменяемые элементы, относящиеся к самодостаточной локализованной сфере производства или услуг определённого направления.

      Это может быть группа взаимосвязанных организаций, компаний, банков, учреждений образования, поставщиков продукции и комплектующих, научно-исследовательских институтов, которые сконцентрированы на некоторой территории, взаимодополняющие друг друга и усиливающие конкурентные преимущества отдельных компаний, а также всего кластера в целом.

      Понятие кластера в экономике было предложено в 1990 году американским экономистом М. Портером. Этим термином обозначалась группа конкурентоспособных смежных отраслей хозяйства страны. Причем компании, которые действуют в кластерных отраслях имеют тенденцию к географической концентрации. Поэтому современное определение кластера включает в себя следующее:

      группа географически соседствующих, взаимосвязанных компаний и организаций, которые действуют в определённом секторе экономики и характеризуются общностью деятельности и взаимодополняющие друг друга

      По своей сути, они являются не какой-то организацией, а всего на всего, определенной группой, в которую объединяются предприятия одного региона. Эти предприятия являются независимыми и конкурируют с остальными участниками кластера.

      Такая форма объединения обладает достаточно высокими показателями конкуренции, кооперации и, само собой эффективностью экономики.

      У кластера имеется свой центр, куда входит группа конкурирующих компаний данного кластера. Эта группа выпускает конечный продукт, который реализуется вне кластера.

      Кластеры в экономике являются очень важным моментом, поскольку развивая сам кластер, тем самым развивается и экономика региона, повышается качество продукции.

      Это связано с усилением конкуренции и более легкого доступа к новым технологиям. Кроме того, увеличивается занятость, повышается качество рабочей силы и, соответственно, повышается конкурентоспособность региона.

      Пример кластера в истории

      Занимаясь историей, можно составлять кластеры, которые помогут лучше понять изучаемую тему. Выделив ключевое слово, можно составить к нему несколько подходящих определений. В приведенной ниже схеме такое ключевое слово показано красным шрифтом.

      В красных кружках определяем блоки второго уровня, от которых уже идут тематические определения.

      Читайте также:  Шапка в инстаграм для фотографа

      Для кластера в истории основным определением является выделение смысловых единиц текста и их графическое оформление в определенном порядке.

      Создавать кластеры при изучении истории можно на любую тему. Данная технология поможет понять изучаемую тему.

      Использование кластеров характерно в большей степени для школьного обучения.

      Кластер в автомобилестроении и автомобиле — что это такое

      По поводу кластера в автомобиле необходимо сделать несколько разъяснений. Дело в том, что понятие кластера характерно для отрасли автомобилестроения. Это уже экономика, т.е. кластер здесь – это группа расположенных на одной территории предприятий или организаций, связанных с автомобилестроением.

      Например, в России сформировано три таких кластера. Это Приволжский, Центральный и Северо-западный. Они связаны с местом концентрации производств конечной продукции.

      В свою очередь, в каждом из этих кластеров можно выделить свои кластерные единицы. Так, для Самарской области, структура автомобильного кластера будет выглядеть следующим образом:

      Что же касается непосредственно автомобиля, то здесь также имеется такое понятие как кастер, которое некоторые путают со словом кластер. Связано это с такой технической характеристикой, как развал-схождение.

      Здесь понятие кастер – это угол, под которым наклоняется ось поворота колеса по отношению к вертикали. Этот угол является важным параметром подвески автомобиля.

      Если кастер небольшой, то сцепление колес с дорогой улучшается. При поездке по неровной дороге в гоночных автомобилях угол кастера уменьшается, а на ровной скоростной трассе – увеличивается.

      Если показатель угла продольного смещения колес выходит за заводские стандарты, то это повышает риск поломки в ходовой части и в системе управления.

      Однако, если применить к автомобилю стандартное понятие кластера и использовать слово автомобиль в качестве ключевого, то можно составить что-то вроде такой схемы:

      Что такое промышленный кластер

      Промышленный кластер, по своему аналогичен экономическому. Он также определяет группу связанных между собой организаций (компаний или корпораций). Они находятся на определенной территории и являются производителями определенной продукции или услуг.

      Кроме того, промышленный кластер является формой пространственной и экономической организации хозяйственной деятельности, в которую входит группа производственных компаний. Эти компании территориально и экономически связаны между собой и имеют меж фирменное разделение труда.

      Как уже говорилось, создание кластеров в промышленности несет ряд положительных качеств. Это помогает развитию производства. Поэтому у нас в стране уже начали подходить к созданию таких кластеров.

      Наиболее ярким примером промышленного кластера являются Кремниевая долина в США, компания Airbus, компания Fujitsu Siemens Computers, Евразийский экономический союз.

      Туристический кластер, что это

      Выяснив, что такое кластер, дать определение кластера в сфере туризма не составит больших сложностей.

      Туристический кластер — это объединение организаций, предоставляющих услуги в сфере туризма

      Все очень просто. Создание таких кластеров направлено, в первую очередь, на конкурентоспособность в этой сфере.

      Основой является управляющая компания, которая регулирует работу туристических операторов, агентств по предоставлению туристических услуг, а также организаций, осуществляющих услуги по размещению гостей — отели, пансионаты, санатории и пр.

      Если рассматривать этот кластер далее. То можно обнаружить такие подразделения, как компании по организации трансферта, предприятия питания (рестораны, кафе, бары и т. д.), места досуга и отдыха (парки, спортивные залы, площадки, кинотеатры), торговые точки с сувенирной продукцией.

      Таким образом, более расширенное понятие туристского кластера будет выглядеть так:

      Совокупность туристско-рекреационных особых экономических зон, созданных по решению правительства РФ и расположенных на одном или нескольких участках территории субъектов РФ и муниципальных образований, определяемых правительством РФ

      Кластеры, по видам туристических ресурсов, делятся на водные (морской, речной, озерный), лесные, горные и смешанные. По видам туристских аттракторов они бывают музейные, развлекательные, спортивные, экологические, этнографические, санаторно-курортные и пр. кластеры.

      По масштабу выделяют локальные, региональные, национальные и транснациональные кластеры.

      Спортивный кластер

      Спортивный кластер – это группа спортивных объектов, которые создают больший спектр самых разнообразных возможностей для занятий спортом. Причем не только для профессиональных спортсменов, но и для обычных любителей спорта и физической культуры.

      Спортивным кластером не обязательно должен быть ряд крупных сооружений. Скажем ледовый дворец, плавательный бассейн, футбольный стадион и пр. В такой кластер можно выделить комплекс небольших спортивных сооружений – площадок, объединенных на одной локальной территории.

      Сюда может входить воркаут – занятия на турниках, урбан футбол – небольшие боксы для минифутбола, стритбол – уличный баскетбол, зоны бокса – площадки с боксерскими грушами, зона для настольного тенниса и для волейбола, беговая дорожка.

      Такой кластер не только полезен, но и обладает наибольшей привлекательностью, поскольку объединяет на одной территории представителей разных спортивных направлений, а также дает возможность заниматься разными видами спорта.

      Что такое медицинский кластер

      Медицинские кластеры в настоящее время активно развиваются. Они включают в себя инновационную модель организации процесса оказания медицинской помощи, основанную на согласованных действиях по реализации профильного отбора, лечения, реабилитации и диспансерного наблюдения пациента.

      Один из крупных, призванный объединить в себе все медицинские технологии – это международный медицинский кластер в Сколково.

      Такой кластер создается для развития деятельности по оказанию медицинской помощи, повышения её качества, а также содействию в разработке лекарственных препаратов, медицинских технологий и медицинских изделий. Сюда же входит и развитие образовательной деятельности, проведение научных исследований в сфере охраны здоровья.

      Подобные кластеры создаются и в регионах. Например, достаточно эффективный создан в Кургане.

      Еще один планируется создать на Кавказских минеральных водах. Идеей создания стали возможности этой еще с советских времен здравницы.

      Будем надеяться, что создание таких крупный центров пойдет только на пользу.

      Оцените статью
      Добавить комментарий

      Adblock detector