Operačné systémy v multiprocesorových klastroch
10. novembra 2021 sa uskutočnila už štvrtá prednáška série Superpočítanie vo vede. Tentokrát sme privítali Dr. Dušana Bernáta z Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského so zaujímavou prednáškou na tému Operačné systémy v multiprocesorových klastroch.
Účastníci získali prehľad o základných pojmoch a definíciách, ako operačný systém umožňuje a zabezpečuje prístup aplikácií a procesov k prostriedkom a ako tieto prostriedky spravuje. Dozvedeli sme sa viac o stavoch a zmenách stavu jednotlivých procesov. Zaujímavé boli aj informácie o tom, ako vyzerá politika a réžia plánovača (scheduler), ktorý prístup na CPU procesom prideľuje.
Z hľadiska vysokovýkonných výpočtových prostriedkov nás zaujíma, ako funguje OS v prostredí s mnohými procesormi. Zvyšovanie počtu procesorov je prirodzenou odpoveďou na rýchly nárast požiadaviek aplikácií a súčasne limitov zvyšovania výkonu jediného CPU. Operačný systém teda môže úlohy rozdeľovať medzi viaceré fyzické procesory (alebo jadrá), pričom tieto procesy sú nezávislé a môžu bežať súbežne. Programátori môžu využiť výhody viacerých procesorov a svoje úlohy rozdeliť na viacero súbežných podúloh. Tieto už ale nie sú nezávislé a väčšinou je potrebné, aby medzi sebou navzájom komunikovali. Jedna úloha – proces môže mať teda viacero samostatných tokov riadenia, ktoré nazývame vlákna (threads) a ktoré zdieľajú väčšinu prostriedkov tohto procesu, vrátane pamäte. Z pohľadu architektúry to môže vyzerať ako na obrázku ilustrujúcom schému symetrického multiprocesorového systému (Obr. 2), kde je jedna pamäť zdieľaná viacerými rovnocennými procesormi (architektúra UMA – Uniform Memory Access). Tu je potrebné ošetriť synchronizáciu prístupu k tejto spoločnej pamäti, čo je možné urobiť viacerými spôsobmi. Prístup SMP – symetrického multiprocesingu má však nevýhody ako zlá škálovateľnosť, čakanie pri synchronizácii, tzv. cache trashing.
Ak fyzickú pamäť rozdelíme na viaceré moduly, dosiahneme menšie zaťaženie zbernice, pretože procesory budú najviac využívať vlastnú lokálnu pamäť. Tento prístup poznáme ako NUMA – Non-Uniform Memory Access. Tu je najvýhodnejšie, ak OS alokuje úlohe pamäť pre dáta čo najbližšie k procesoru, na ktorom úloha beží. Na obrázku vidíme príklad prepojenia 4 procesorov:
Prednáška pokryla aj tému správy pamäte, virtuálnu pamäť a jej alokáciu – vrátane konceptu overcommit a tému súborového systému a jeho hierarchie.
Operačné systémy a ich fungovanie v HPC prostredí by si určite zaslúžili aj viac priestoru, ako náš formát môže poskytnúť. Ak vás téma zaujala, na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky UK na túto tému prednáša práve Dr. Dušan Bernát – a ak ste našu prednášku nestihli, môžete si ju pozrieť na Facebook or YouTube.
Schedule and Registration
- November 23, 17:00 - Short guide to software parallelization
Jaroslav Suchánek (Biomedical Research Center, SAS) - December 7, 17:00 - Federated distributed computing
Ladislav Hluchý (Institute of Informatics SAS)
More information about the series
Computational Technologies for a Competitive Slovakia 2 Apr - Predstavili sme naše aktivity, služby a technologické kapacity zástupcom Slovenskej agentúry pre rozvoj investícií a obchodu (SARIO). Cieľom prezentácie bolo ukázať, ako môže vysokovykonné počítanie, posunúť slovenský priemysel, výskum aj inovácie do digitálnej budúcnosti. Slovensko má k dispozícii výkonnú technologickú infraštruktúru, ktorú môže aktívne využiť ako súčasť svojej investičnej a inovačnej stratégie.
EuroHPC Summit 2025: Three Days Full of Innovation, Discussion, and Inspiration 24 Mar - V dňoch 18. – 20. marca sme sa zúčastnili prestížneho EuroHPC Summitu 2025, ktorý sa tento rok konal v Krakove. Počas troch nabitých dní sa na jednom mieste stretli odborníci, výskumníci, inovátori a zástupcovia inštitúcií z celej Európy, aby diskutovali o budúcnosti vysokovýkonného počítania (HPC), umelej inteligencie (AI) a kvantových technológií. Prvý deň bol zameraný na strategické smerovanie európskeho HPC ekosystému. Veľmi zaujímavou bola aj diskusia o tzv. AI Factories – iniciatívach, ktoré majú posilniť európske postavenie v oblasti umelej inteligencie. 
Supercomputers and Agriculture: Starting a Partnership with SPU 21 Mar - Tento týždeň sme absolvovali pracovné rokovanie na Slovenskej poľnohospodárskej univerzite (SPU) v Nitre, počas ktorého sme spolu s odborníkmi z rôznych oblastí diskutovali o možnostiach spolupráce v oblasti výskumu, inovácií a vzdelávania. Hlavným cieľom stretnutia bolo preskúmať potenciál prepojenia odborných kapacít univerzity s výpočtovým výkonom a expertízou Národného superpočítačového centra (NSCC) a Národného kompetenčého centra pre HPC (NCC pre HPC).