Введение 4
Глава 1. Системы автоматического развёртывания вычислительных кластеров 6
1.1. Вычислительный кластер 6
1.2. Популярные системы развёртывания вычислительных кластеров 11
1.3. Пакет Rocks 12
1.4. PelicanHPC 12
1.5. Вычислительные кластеры, удовлетворяющие особенностям проведения
занятий в учебных заведениях 13
1.5.1 Характеристика и возможности PelicanHPC 14
Глава 2. Методические рекомендации по организации вычислительного кластера в учебном классе 16
2.1. Архитектура локальной сети учебных классов 16
2.2. Место временного вычислительного кластера в учебном заведении 19
2.3. Модификация локальной сети для установки вычислительного кластера в
учебном классе 20
2.4. Инструкция по развертыванию кластера посредством «PelicanHPC» 22
2.5. Особенности проведения занятий по суперкомпьютерным технологиям в
учебном классе 34
2.6. Недостатки PelicanHPC и пути их преодоления организационными
методами 35
2.7. Методика использования вычислительного кластера на основе
PelicanHPC в учебном процессе 36
Глава 3. Модификация пакета PelicanHPC для учебных целей 38
3.1. Вычислительные кластеры основанные на PelicanHPC 38
3.2. Недостатки пакета PelicanHPC и возможные пути их преодоления 39
3.3. Возможность создания модифицированных версий пакета PelicanHPC . 40
3.4. Выбор и установка менеджера задач 40
3.4.1. Менеджер задач SLURM и установка его в PelicanHPC 42
3.5. Пути сохранения настроек системы и данных учащихся 46
3.6. Создание модифицированного пакета - PelicanHPC-EDU 47
3.7.Особенности проведения занятий на вычислительном кластере на основе
PelicanHPC-EDU 53
Заключение 55
Библиографический список 57
Развитие компьютерной техники на современном этапе привело к обеспечению повышения производительности путём увеличения количества ядер в процессорах и количества используемых процессоров. Потребность в написании программ, использующих несколько процессорных ядер и/или процессоров, впервые возникла в области суперкомпьютерных технологий. Современный же этап развития компьютерной техники сделал эти технологии востребованными практически во всех современных цифровых устройствах. Но, несмотря на это, суперкомпьютерные технологии, и в первую очередь параллельное программирование, продолжают интенсивно развиваться и использоваться для ускорения решения самых различных задач.
Ввиду вышесказанного изучение параллельного программирования и других суперкомпьютерных технологий, как в вузах, так и в школе весьма актуально.
Проблемой при этом является, как правило, отсутствие доступа к реальным суперкомпьютерам в учебных заведениях. Решением этой проблемы может быть построение вычислительного кластера на основе локальной сети учебного класса.
Целью данной работы является разработка методических рекомендаций по быстрому развертыванию и использованию в учебном процессе вычислительного кластера на основе школьного класса посредством пакета PelicanHPC.
Объектом исследования является обучение основам
суперкомпьютерных технологий.
Предметом исследования является методика использования пакета PelicanHPC для учебных целей
Для достижения поставленной цели, были определены следующие задачи:
• проанализировать системы автоматического развёртывания вычислительных кластеров
• изучить характеристики, возможности и особенности установки кластера при помощи PelicanHPC
• разработать методику проведения занятий на вычислительном кластере на основе PelicanHPC
• наметить пути модификации пакета PelicanHPC для использования в учебном классе, и провести модификацию, получив новый пакет PelicanHPC-EDU
• выявить особенности проведения занятий на вычислительном кластере на основе PelicanHPC-EDU
Осмысление результатов проведенного нами исследования привело к ряду содержательных выводов.
В ходе проделанной исследовательской работы были проанализированы некоторые системы автоматического развёртывания вычислительных кластеров, в их числе такие пакеты как Rocks и PelicanHPC. Нами выбрана система PelicanHPC, предпочтение данной системы обусловлено наибольшей степенью соответствия для учебных целей. Освоив и обработав различный теоретический материал, были изучены базовые характеристики PelicanHPC, а также возможности и особенности этой системы.
Далее, стоит отметить, что система PelicanHPC была проанализирована и протестирована на практике, вследствие чего были разработаны методические рекомендации по установке системы и проведению занятий на временном вычислительном кластере.
Именно эти обстоятельства являются выявлением нами недостатков системы PelicanHPC, основными из которых являются:
1. Отсутствие полноценного менеджера задач;
2. Невозможность сохранения настроек и данных пользователей.
Рассмотрев и проанализировав перечисленные выше недостатки, мы обнаружили, что важным является факт их преодоления организационными методами. Однако такое решение не в полной мере раскрывает потенциал использования временного вычислительного кластера.
С учетом вышесказанного, для использования данной системы в учебном классе мы обозначили в своей работе пути модификации пакета PelicanHPC, ключевыми из которых являются установка полноценного менеджера задач SLURM, а также создание нового пакета PelicanHPC-EDU. Кроме того, в работу включены особенности проведения занятий на вычислительном кластере на основе PelicanHPC-EDU.
В заключение, произведя в процессе данного исследования модификацию пакета PelicanHPC, был создан модифицированный пакета PelicanHPC-EDU, в конечном результате который обладает следующими главными характеристиками:
1. Легко используется в компьютерной аудитории, без инсталляции на жесткий диск, что позволяет использовать класс в рамках стандартной образовательной программы;
2. Имеет набор программного обеспечения, необходимого для проведения учебных занятий на вычислительном кластере.
