Categories
General

Operation systems in multiprocessor clusters

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.

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.

Obr. 1: Diagram stavu procesov

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.

Obr. 2: Symetrický multiprocesorový systém

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:

Obr. 3: Ukážka 4 procesorového point-to-point prepojenia, konfigurácie typickej pre NUMA

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

More information about the series

NCC Slovakia at the ITAPA 2021 congress 9 Nov - On November 9th, 2021 the second day of the Itapa congress took place featuring several contributions focused on high-performance computing as an important tool for enabling innovations, ensuring the competitiveness of economies as well as for supporting security and scientific research. The Slovak National Competence Centre for HPC in collaboration with the congress organizers invited Mr. Gustav Kalbe as one of the keynote speakers. As a representative of the EuroHPC JU, he covered this topic from the global and European point of view.
Development of technology and computer architecture – from 1-processor serial computers to supercomputers 27 Oct - On October 26, 2021 the third lecture of our „Supercomputing in science“ series took place on the premises of the Computational centre of the Slovak Academy of Sciences. Doc. Šperka, who is also responsible for the Computer museum, showed development of computer architectures and it’s components, such as CPU, GPU and RAM.
Can we exploit the HPC possibilities in basic research effectively? 14 Oct - On October 12, 2021 the second lecture of our „Supercomputing in science“ series took place on the premises of the Computational centre of the Slovak Academy of Sciences. Pavel Neogrády from the Department of physical and theoretical chemistry of the Faculty of Natural Sciences, CU talked about highly accurate computational methods in the field of theoretical chemistry and about their complexity and numerical intricacies.