IT-Management in der Praxis Seminar ? WS 2004/05 - am ...

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30 Matthias Schmitt: Distributed File Systems Literatur [Pres02] W. Curtis Preston. Using SANs and NAS. O’Reilly. 2002. [t0302] Common Internet File System (CIFS) Technical Reference. SNIA Technical Proposal, März 2002. [TavS02] Andrew S. Tanenbaum und Maarten van Steen. Distributed Systems: Principles and Paradigms. Prentice Hall. 2002. [TrEr03] Ulf Troppens und Rainer Erkens. Speichernetze: Grundlagen und Einsatz von Fibre Channel SAN, NAS, iSCSI und InfiniBand. dpunkt.verlag. 2003. Abbildungsverzeichnis 1 SAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2 VFS-Architektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3 VFS-Architektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4 NAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5 NAS und SAN kombiniert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Seminar – IT-Management in der Praxis
High Performance Interconnects Christian Gärtner Kurzfassung Für den Betrieb von Clustern (Rechnerbündeln) ist die Wahl des geeigneten Interconnects von fundamentaler Bedeutung. Die Kommunikation zweier Knoten ist um Größenordnungen langsamer als der Zugriff auf den Hauptspeicher des lokalen Rechners. Deshalb sind die Latenzzeit und die Bandbreite des Interconnects die entscheidenden Faktoren, welche die Fähigkeit eines Clusters bestimmen, Aufgaben effizient verteilt zu verarbeiten. Dies gilt insbesondere bei Clustern mit vielen Knoten und bei Anwendungen mit häufiger Kommunikation. In dieser Seminararbeit werden ausgehend von Gigabit Ethernet unterschiedliche Interconnect-Techniken vorgestellt und hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Kosten charakterisiert. 1 Einleitung Möchte man eine Aufgabe auf mehrere Rechner verteilt ausführen, so besteht in gewissen zeitlichen Abständen Kommunikationsbedarf zwischen den Knoten. Der Zugriff auf ein Datum im lokalen Hauptspeicher erfolgt innerhalb von etwa tH = 10ns (PC400, DDR-Ram, Stand 2004). Soll hingegen auf ein Datum im Hauptspeicher eines anderen Knoten über ein Netzwerk zugegriffen werden, so benötigt der Zugriff wesentlich länger. Gigabit Ethernet (ohne Verbesserungen) benötigt hierfür beispielsweise etwa tNW = 100µs. Dieser große Unterschied führt bei häufiger Kommunikation zu einer deutlichen Verlangsamung. Bei zunehmender Anzahl an Rechenknoten steigt auch das Kommunikationsaufkommen. Dies ist beispielsweise auf eine häufiger notwendige Synchronisation zurückzuführen. Wegen der sehr unterschiedlichen Zugriffszeiten tH und tNW nimmt der zeitliche Anteil für die Kommunikation an der Gesamtzeit spürbar zu. Dies kann dazu führen, dass ab einer bestimmten Anzahl an Knoten kein Geschwindigkeitsgewinn durch Erhöhung der Knotenzahl erreichbar ist. Diese maximale Knotenzahl wird durch die Häufigkeit der Kommunikation sowie durch die Leistungsfähigkeit des Interconnects bestimmt. Aus diesem Grund ist es von großer Wichtigkeit, einen Interconnect mit ausreichender Leistung zu verwenden. Anwendungsbeispiel — Dieser Zusammenhang soll an einem Beispiel verdeutlicht werden. Wir setzen eine Hauptspeicher-Zugriffszeit von tH = 10ns vorraus. Auf einen anderen Knoten soll über das Netzwerk in tNW = 100µs zugegriffen werden können, was in etwa der Leistungsfähigkeit von Gigabit Ethernet entspricht. Es wird angenommen, dass sich der Kommunikationsbedarf quadratisch mit der Zahl der Knoten nnodeim Cluster erhöht. Bei zwei Knoten sei einer unter 10 9 Befehlen ein Kommunikationsbefehl. Der Anteil von Rechenzeit und Kommunikationszeit an der Gesamtzeit ist in Abbildung 1 in Abhängigkeit der Knotenzahl aufgetragen. Wird nur ein Knoten verwendet, so setzt sich die Gesamtzeit zur Ausführung erwartungsgemäß nur aus Rechenzeit zusammen. Werden nun mehr als ein Knoten verwendet, so sinkt die Rechenzeit, jedoch kommt ein steigender Anteil an Kommunikationszeit hinzu. Man erkennt ein Minimum der Gesamt-Ausführungszeit bei 10 Knoten von 181,0 Zeiteinheiten. In diesem
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