Побудувати кластер який складається з двох комп'ютерів об'єднаних інтерфейсом Ethernet

 

 Міністерство освіти і науки України

Національний  гірничий університет

Інститут  електроенергетики

 

 

Факультет МІБО

Кафедра електроніки та обчислювальної техніки 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНЮВАЛЬНА  ЗАПИСКА

курсового проекту

 

 

напрям підготовки: 6.170101 Безпека інформаційних і комунікаційних систем

на тему: “ Побудувати кластер який  складається з двох комп'ютерів об'єднаних

інтерфейсом Ethernet ”

 

 

Виконавець:  ___________  П.В. Мануйленко

                           (підпис)                (ініціали, прізвище)

 

 

 

 

 

  

 

Керівники	Прізвище, ініціали	Оцінка	Підпис
Керівники проекту	cт. викл. Святошенко В.О.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дніпропетровськ

2010 р.

ЗАВДАННЯ

на курсовий проект

  напрям підготовки: 6.170101 Безпека інформаційних і комунікаційних систем

студента групи   ЗСв-08 Мануйленка Павла Віталійовича.

 Тема  курсового   проекту  “ Побудувати кластер який  складається з двох комп'ютерів об'єднаних інтерфейсом Ethernet ”

 Варіант завдання № _3_

Загальна кількість  комп’ютерів у мережі: _2_

 

Розділ	Зміст завдання	Термін виконання
Теоретична частина	Розглядається процедура побудови кластеру. Попередній аналіз необхідного обладнання та програмного забезпечення. Аналіз характеру робіт. Вибір дистрибутива з ОС.	__.__.20__ р.
Проектування кластера	Вибір обладнання, встановлення. Фізична побудова мережі. Підготовка до встановлення ОС і ПЗ. Покрокове встановлення ОС та налаштування кластеру. Тестування кластеру.	__.__.20__ р.

 

Завдання видав:

Керівник проекту     старший викладач  ________________  В.О. Святошенко

                            (підпис)

Завдання прийняв до виконання          ________________  П.В. Мануйленко                                                 (підпис)

Дата видачі завдання:   « 25 » _вересня_ 2010 р.

Термін подання  курсового проекту до захисту:   « __ » ___________ 20__ р.

 

 

 

 

Список  умовних скорочень

ПЗ – Програмне забезпечення.

ОС – Операційна система.

ОР – Обчислювальний ресурс

ПК – Персональний комп'ютер

HDD – Жорсткий диск

ОЗП – Оперативно запам'ятовуючий пристрій.

ДБЖ – Джерело безперебійного живлення.

ЕМ – Електрична  мережа.

НДР – Науково-дослідна робота

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

С.

Вступ………………………………………………….……………….…....……… 5

1 Теоретична частина .….………..……………………………..….…..………….6

2 Побудова кластера…...………………………………….…………….………..9

Висновки..……………………………………………….…….…………………..25

Перелік посилань ……………………………………………..…………….…….26

Додатки…...………………………………………………………………….….…27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Необхідно побудувати кластер який  складається з двох комп'ютерів об'єднаних інтерфейсом Ethernet.

Обидва комп'ютери  приблизно однакові за потужністю, один буде головним, а другий додатковим обчислювальним ресурсом. Для зменшення споживаної енергії у ОР буде відключений монітор. Кластер складається всього з двох комп'ютерів, отже «супєр» завдань він вирішувати не буде.

Мережа буде побудована на витій парі (рисунок 1.1) з топологією «Зірка». Швидкість передачі інформації між комп'ютерів  -100 мб/с.

 

Рисунок 1.1 – Неекранований кабель вита пара

 

 

 

 

 

Теоретична частина

Кластер (англ. cluster скупчення) - об'єднання декількох однорідних елементів, який може розглядатися як самостійна одиниця, що володіє певними властивостями. [1]

Іншими словами  кластер - це набір обчислювальних вузлів (цілком самостійних комп'ютерів), пов'язаних високошвидкісним каналом зв'язку (інтерконектом) і об'єднаних в логічне ціле спеціальним програмним забезпеченням.

Кластерні системи виникли як більш дешеве рішення проблеми нестачі обчислювальних ресурсів, і ґрунтуються на використанні у своїй архітектурі широко поширених і відносно дешевих технологій, апаратних і програмних засобів, таких як PC, Ethernet, Linux та інш.

Отже одним  з основних плюсів кластеру є економія грошей. А основним мінусом те, скільки  електроенергії він споживає.

Більшість кластерів  зібрано на базі ОС Linux. У наукових організаціях і університетах, де і розробляється більшість кластерних систем, як правило, є фахівці з ОС Linux.

Об'єднання ПК в кластери широко використовується в НДР сфері високопродуктивних обчислень. Високошвидкісні З'єднання  в поєднанні з двопроцесорним системами, що володіють прекрасними показниками продуктивності при виконанні операцій з цілими числами і плаваючою комою, роблять можливим створення дуже великих кластерів для вирішення таких завдань, як моделювання катастроф, обчислення в області гідроаеродинаміки та фінансове моделювання. Ряд комерційних і наукових організацій (таких як CERN і TeraGrid) вже використовують кластери з двопроцесорних серверів на базі процесора Intel Itanium 2 для вирішення завдань, що вимагають високої продуктивності.

 

 

 

Наступний етап розвитку високопродуктивних обчислень - так звані матричні обчислення. Ця технологія дозволяє поєднувати вільні ресурси процесора і пристроїв  зберігання даних і використовувати  їх спільно в глобальній мережі серверів, забезпечуючи розподілену паралельну обробку даних.

Професійні  кластери складаються з безлічі  ОР, які встановлені у спеціальних «шафах». У ОР входять не всі компоненти необхідні звичайному ПК. ОР досить материнської плати, процесора, вбудованої відеокарти, ОЗП, мережева карта, блок живлення.

Стандартна  система побудови кластеру виглядає наступним чином - вибирається найпотужніша система, вона стане головною ланкою в кластері, інші комп'ютери підбираються максимально однаковою обчислювальної потужності, в кластері вони будуть грати роль ОР.

Бажано на всіх комп'ютерах встановити одну ОС. Установка  на всіх комп'ютерах необхідна, якщо ви не збираєтеся побудувати бездисковий  кластер.

У бездисковому кластері всі комп'ютери крім головного не мають жорсткого диска і завантажують ОС по мережі від головного ПК. Такий варіант складніше в організації та подальшому обслуговуванні.

Потім необхідно фізично об'єднати комп'ютери в мережу. Налаштувати її на всіх ПК.

Далі необхідно встановити на головний ПК спеціальне програмне забезпечення (патч) і додати всі ОР в кластер.

Після, необхідно  провести декілька тестів і все, кластер  готовий до роботи.

У Кластері будуть об'єднані два комп'ютери. Відключати HDD у обчислювального ресурсу  не принесе значної вигоди, а тільки ускладнить налаштування системи завантаження ОС в кластері та навантажить головний комп'ютер додатковою роботою.

Так, як комп'ютерів всього два, їх можливо підключити до мережі на пряму один до одного, але  більш раціонально буде придбати недорогий світч який візьме на себе маршрутизацію пакетів і трохи розвантажить мережеві карти комп'ютерів. Також надалі буде легше доповнити кластер новими ОР.

У не дуже дорогих  комп'ютерах вбудовані мережеві карти  підтримують швидкість до 100 Мб/с, для цієї швидкості буде досить з'єднати комп'ютери витою парою категорії 5.

Далі необхідно визначиться  з вибором ОС. Для даних цілей  більш раціональним вибором ОС є UNIX система.

Вибір Linux систем дуже великий, кожен фахівець радить ту, з якою йому легше працювати. У кожної є  свої переваги. Вибір кластерних  патчей для ОС Linux ще більше ніж самих ОС.

Приклад побудови кластера такого формату описаний у статті «Кластери в Linux» [2].

Але є особливий клас дистрибутивів, їх розробляють різні підприємства та компанії. Відмінною особливостей є те, що на інсталяційному диску міститься вже налаштована, оновлена і пропатчена ОС Linux, відразу після якої, або під час установки якої налаштовується кластер. Робота з такою системою легше, швидше і зазвичай вигідніше ніж інші варіанти.

Таких «готових» систем значно менше і визначитися значно легше.

З усіх варіантів був обраний  пакет Rocks, що розробляється командою Каліфорнійського університету (University of California, San Diego) при грантової підтримки  Національного наукового фонду  США (National Science Foundation).

Rocks визначається як пакет  розгортання, управління та підтримки  кластера. З його допомогою можливо встановити кластер на місці, маючи в наявності одно лише апаратне забезпечення. Пакет містить засоби для запуску паралельних програм і програми для підтримки і розширення кластера після його первісної установки.

Дистрибутив розповсюджується абсолютно безкоштовно, завантажити  його можливо в образі ISO з офіційного сайту Rocks [3].  

 

Побудова кластера

Вибір обладнання

Продуктивність і стабільна робота кластеру вище, якщо в кластер входять ОР приблизно однакові за потужністю та архітектурним особливостям комп'ютери. Найпотужніший комп'ютер використовується, як головний, управляючий елемент кластеру.

Так, як даний кластер  буде складатися з двох комп'ютерів більш потужний буде головним, а слабший – ОР.

Фізичні характеристики комп'ютера, який стане головним елементом у кластері наведено у таблиці 1.

Фізичні характеристики комп'ютера, який стане ОР в кластері наведено у таблиці 2.

 

Таблиця 1 Фізичні характеристики головного комп'ютера

№	Найменування
1	MB Asus P5KC, Socket775, iP35, 1333MHz, ATX
2	Intel C2D E4600, 2.4 GHz, 2 Mb, LGA775, 800MHz, 64bit
3	DDR-II SDRAM 2 GB, 800MHz, Kingston
4	ATI Radeon Asus EAH3870, 512 MB, DDR-5, PCI-E 16x
5	HDD 500GB Samsung, 32Mb cash,
6	DVD +/- RW Asus
7	Корпус ATX 500W

 

У кожного з ПК є інтегрована  мережева карта, для того, що б розвантажити мережеві карти від задач маршрутизації встановимо swich [4]. Вбудовані мережеві карти не підтримують швидкість вище 100 Мб/с і обмежені технологією Fast Ethernet. Так як мережеві карти не підтримують велику

 

швидкість і  кластер складається з двох комп'ютерів вирішено використовувати недороге обладнання фірми D-Link. Обрано комутатор DES-1005D з 5 портами 10/100Base-TX (рисунок 3.1).

Таблиця 2 Фізичні характеристики ОР

№	Найменування
1	MB Asus P4P800, Socket478, i865PE, 800MHz, ATX
2	Intel P4, 2.4 GHz, 1 Mb, Socket478, 533MHz, 32bit
3	DDR-I SDRAM 1 GB, PC-400, PQI
4	ATI Radeon GigaCube 9600XT, 128 MB, DDR, AGP
5	HDD 160GB Samsung, 8Mb cash,
6	CD +/- RW/DVD Combo LG
7	Корпус ATX 300W

 

Комп'ютери будуть розташовані в межах десяти метрів, для їх зв'язку буде достатньо двох шести метрових кабелів неекранованої витої пари категорії 5, обтисненної коннектором RJ-45.

Рисунок 3.1 - D -link Switch DES-1005D 5 Ports 10/100 Mb

 

 

Фізичне побудова мережі

Тепер необхідно  об'єднати комп'ютери в єдину мережу за допомогою обраного раніше обладнання.

На рисунку 3.2 показана схема мережі простого обчислювального кластеру.

Рисунок 3.2 - Топологія мережі обчислювального кластера

Встановимо  комп'ютери на робочі місця, протягнемо кабелі від кожного комп'ютера до комутатора. Підключимо кабелі в роз'єми на кожному комп'ютері і на комутаторі.