Was ist ein Cluster?

Viele Menschen haben nur einen Computer, um E-Mails und soziale Medien abzurufen und grundlegende Büroaufgaben zu erledigen. Wenn dies Ihre Arbeitslast ist, benötigen Sie nicht viel Rechenleistung. Ein dünner und leichter Laptop kann Ihre Verarbeitungsanforderungen schnell erfüllen. Diese Geräte können Prozessoren haben, die so wenig Strom benötigen, dass sie nicht einmal einen Lüfter zur aktiven Kühlung benötigen. Viele Workloads benötigen jedoch mehr Leistung.

Zum Beispiel neigen Gaming-Computer dazu, viel mehr Kühlung für die CPU, insbesondere die GPU, zu haben, da sie mehr Leistung und daher mehr Kühlung benötigen. Andere Aufgaben erfordern noch mehr Verarbeitungsleistung, möglicherweise erheblich mehr Verarbeitungsleistung, als in ein riesiges Computergehäuse passt.

Um umfangreiche Verarbeitungsanforderungen zu bewältigen, gibt es einige Optionen. Die gesamte Hardware kann so eng wie möglich verbunden werden, um einen einzigen Supercomputer zu erstellen. Wenn die Arbeitslast ausreichend unterschiedlich ist, können Sie „Grid Computing“ durchführen, bei dem verschiedenen Computern Aufgaben zugewiesen werden, und dann das Ergebnis zurückgeben. Supercomputer sind sehr teuer in Bau und Betrieb und erfordern spezialisierte oder sogar angepasste Software, um ihre theoretische Leistung optimal zu nutzen.

Insbesondere die Anschaffungskosten sind erheblich, da sie im Laufe der Zeit aufgrund ihrer hochintegrierten Natur ziemlich schwer zu aktualisieren sein können. Grid-Computing ist viel billiger, funktioniert aber nur für bestimmte Workloads gut und hat eine durch die verfügbare Hardware begrenzte Leistung. Es hilft zum Beispiel nicht, ein Raster aus einem halben Dutzend dünner und leichter Laptops einzuzeichnen.

Clustering auf dem Mittelweg

Ein Mittelweg ist Cluster-Computing. Ein Computer-Cluster besteht aus mehreren unterschiedlichen Computern, die lokal per Hochgeschwindigkeitsnetzwerk verbunden sind und als Gruppe verwaltet werden können. Die Cluster-Architektur hat eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise können Sie dem Cluster weitere Computer hinzufügen, wenn Sie mehr Rechenleistung benötigen. Unterschiedliche Computer erhöhen auch die Fehlertoleranz, da ein abstürzender Computer nicht die gesamte Gruppe zum Erliegen bringt; es reduziert nur seine Verarbeitungsleistung.

Die Verwendung einer Over-the-Top-Verwaltungssuite ermöglicht die gleichzeitige Verwaltung des gesamten Clusters oder die Ausrichtung auf einzelne Geräte. Dies kann nützlich sein, um doppelte Workflows auf mehreren Computern zu minimieren, ohne die Möglichkeit zu eliminieren, den Cluster stückweise zu aktualisieren, um Stabilität zu gewährleisten. Eine Management-Suite kann einige Probleme, die nicht parallelisiert werden können, nicht aufschlüsseln. Ein vollständiger Überblick über den gesamten Cluster und seine Leistung ermöglicht es ihm jedoch, die Arbeitslast besser zu verwalten, als es ein Grid kann.

Ein weiterer Vorteil von Clustern besteht darin, dass sie relativ geringe Einrichtungskosten haben können. Typischerweise wird handelsübliche Hardware explizit für diesen Zweck erworben. Die Möglichkeit, einen Standardcomputer oder -server zu kaufen und dem Cluster hinzuzufügen, bedeutet, dass keine besonderen zusätzlichen Kosten für spezielle Hardware anfallen. Sie können auch so viel ausgeben, wie es das Budget erlaubt, und beispielsweise im nächsten Quartal mehr hinzufügen.

Upgrade-Zyklen müssen nicht einmal unbedingt identische Hardware hinzufügen. Neuere Modelle mit mehr Rechenleistung können eingesteckt werden. Dies ist auch möglich, ohne die alten Modelle ersetzen zu müssen. Dieser Ansatz bedeutet, dass Sie nicht in jedem Upgrade-Zyklus die gesamte Hardware ersetzen müssen. Nach einigen Zyklen kann es sich jedoch durchaus lohnen, ältere Modelle auszutauschen. Ältere Modelle sind weniger energieeffizient und weniger leistungsstark.

Wofür werden Cluster verwendet?

Computercluster können für viele Aufgaben eingesetzt werden, wobei ihre Leistungsfähigkeit von der Hardware abhängt. Beispielsweise könnte eine Gruppe von Raspberry Pi-Computern geclustert werden, um als kleiner Web- oder Dateiserver zu fungieren. Häufigere Anwendungen wären große Rechenzentren, die geschäftliche oder wissenschaftliche Workloads bearbeiten oder verarbeiten. Es gibt auch Mittelwege. Beispielsweise ist eine Renderfarm, die aus wenigen Desktop-Computern besteht, ebenfalls ein Computer-Cluster.

Einige Supercomputer in der TOP500-Liste der schnellsten Supercomputer sind Computercluster. Der japanische K-Computer ist ein Beispiel.

Abschluss

Ein Cluster-Computer ist eine Gruppe mehrerer Computer in einem einzelnen LAN. Knoten in einem Cluster sind so konzipiert, dass sie zusammenarbeiten, um verteilte Workloads zu verarbeiten. Cluster-Computer unterscheiden sich von stärker integrierten monolithischen Supercomputern. Bei ausreichender Leistung können sie aber auch als Supercomputer bezeichnet werden. Cluster-Computing unterscheidet sich auch vom Grid-Computing, das eine stärker geografisch verteilte Rechenleistung nutzt. Cluster-Computing bietet gegenüber einigen Alternativen für Hochleistungs-Computing Vorteile in Bezug auf Hochverfügbarkeit, Skalierbarkeit und Verwaltung. Was sind deine Gedanken? Lass es mich in den Kommentaren wissen.