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)
Letná škola: Od supramolekulárnej chémie k štrukturálnej biológii metódami multiškálového modelovania 12 máj - Počítačové simulácie sa stali cenným nástrojom na rozšírenie našich vedomostí v mnohých oblastiach. Neustále sa zvyšujúci výkon superpočítačov alebo dokonca stolných počítačov nám umožňuje simulovať väčšie systémy alebo dosiahnuť vyššiu presnosť pomocou rutinných simulácií. Správne predpovede však možno získať len vtedy, ak sa použijú správne modely a teoretické prístupy. 
Národné kompetenčné centrum pre HPC na Dni Európy 12 máj - Dňa 9. mája v bratislavskej Starej tržnici prebiehala „oslava narodenín“ Európskej únie. Podujatie Deň Európy organizovala Kancelária Európskeho parlamentu a Zastúpenie Európskej komisie. Na Dni Európy predstavil svoje aktivity aj tím Národného kompetenčného centra pre vysokovýkonné počítanie. Dňom Európy si pripomíname Schumanovu deklaráciu, ktorá odštartovala modernú európsku integráciu a viedla k vytvoreniu súčasnej Európskej únie ako unikátneho mierového a demokratického projektu.
Registrácia otvorená: Code Tuning for the Exascale 4 máj - V dňoch 5. – 7. júna 2023 organizujeme v spolupráci s TREX Centrom Excelentnsoti a Národnými kompetenčnými centrami pre HPC z Rakúska a Českej republiky hands-on workshop zameraný na vývoj HPC aplikácií. Účastníci si budú môcť vyskúšať prácu s nástrojmi pre analýzu výkonnosti a identifikáciu bottleneck miest, ako je MAQAO. (www.maqao.org). Súčasťou workshopu budú praktické cvičenia, bude možné pracovať s vlastným softvérom, analyzovať ho a konzultovať s odbornými lektormi.
