Kategórie
Všeobecné

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.

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 Facebookovom profile alebo YouTube Centra spoločných činností SAV.

Harmonogram prednášok:

Viac informácií o prednáškach

NCC na kongrese ITAPA 2021 9 nov - Dňa 9. novembra 2021 v rámci kongresu ITAPA 2021 zaznelo viacero príspevkov na tému vysokovýkonného počítania ako nástroja nevyhnutného pre rozvoj inovácií, udržanie konkurencieschopnosti našich ekonomík, ale tiež pre bezpečnosť a vedecký výskum. Slovenské Národné kompetenčné centrum pre HPC v spolupráci s organizátormi kongresu ITAPA pozvalo ako jedného z rečníkov Gustava Kalbeho, ktorý ako zástupca EuroHPC JU uchopil túto tému zo širšieho – európskeho hľadiska.
Vývoj technológií a architektúr počítačov – od sériových jednoprocesorových po súčasné superpočítače 27 okt - Dňa 26. októbra 2021 sa na Výpočtovom stredisku Slovenskej akadémie vied uskutočnila tretia prednáška zo série „Superpočítanie vo vede“. Doc. Šperka, ktorý je zároveň aj vedúcim Múzea počítačov, ukázal, ako sa vyvíjali počítače a ich architektúra, ako napredoval vývoj jednotlivých modulov CPU, GPU a operačnej pamäte.
Ako efektívne vieme HPC využiť v základnom výskume? 14 okt - Dňa 12. októbra 2021 sa na Výpočtovom stredisku Slovenskej akadémie vied uskutočnila druhá prednáška zo série „Superpočítanie vo vede“. Pavel Neogrády z Katedry fyzikálnej a teoretickej chémie Prírodovedeckej fakulty UK nám priblížil veľmi presné výpočtové metódy teoretickej chémie na popis chemických systémov a ich komplexnosť a numerickú náročnosť. Mnohí používatelia HPC na Slovensku pracujú vo svojom výskume práve s aplikáciami, ktoré využívajú tieto algoritmy. Ako vývojár niektorých metód používaných v chemickom modelovaní sa podelil aj o skúsenosti s efektívnou paralelizáciou softvéru a opísal hlavné prekážky v implementácii.