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 Facebookovom profile alebo YouTube Centra spoločných činností SAV.
Harmonogram prednášok:
- 23. novembra o 17:00 – Krátky návod ako paralelizovať program
Jaroslav Suchánek (Biomedicínske centrum SAV) - 7. decembra o 17:00 – Federatívne distribuované počítanie
Ladislav Hluchý (Ústav informatiky SAV)
Superpočítače pre biznis – článok v mesačníku SOPK 17 apr - V najnovšom čísle mesačníka Slovenskej obchodnej a priemyselnej komory (SOPK) sme predstavili, ako technológie High Performance Computing (HPC) a služby Národného superpočítačového centra pomáhajú slovenským firmám inovovať, urýchliť vývoj a získať konkurenčnú výhodu. Superpočítače už dávno nie sú výlučne nástrojom akademickej sféry – dnes zohrávajú kľúčovú úlohu aj v priemysle, zdravotníctve, energetike či automobilovom sektore. V článku približujeme konkrétne príklady z praxe a ukazujeme, ako sa výpočtový výkon superpočítača využíva pri riešení reálnych výziev firiem.
Spolupráca so SARIO – podpísali sme memorandum o spolupráci 16 apr - Dňa 16. apríla sme podpísali memorandum o spolupráci so Slovenskou agentúrou pre rozvoj investícií a obchodu (SARIO). Tento krok predstavuje dôležitý míľnik v našom úsilí posilniť prepojenie medzi technologickou infraštruktúrou v oblasti vysokovýkonného počítania (HPC) a potrebami podnikateľského prostredia na Slovensku.
Webinár: Digitálna forenzika v ére veľkých dát 14 apr - Národné kompetenčné centrá pre vysokovýkonné počítanie (HPC) na Slovensku, v Rakúsku a v Českej republike vás pozývajú na odbornú prednášku o tom, ako vysokovýkonné počítanie (HPC) môžu podporiť digitálnu forenziku v moderných rozsiahlych prostrediach. Webinár organizuje Národné kompetenčné centrum pre HPC na Slovensku.