Bilgisayar kümesi

Bir bilgisayar kümesi, gevşek bağlı ve birlikte çalışan bilgisayarların birleştirilmesiyle oluşan bilgisayarlar topluluğudur. Öyle ki, birçok yönden tek bir bilgisayar gibi görülebilir. Küme bileşenleri birbirlerine genellikle hızlı yerel ağ bağlantıları ile bağlıdır. Bilgisayar kümeleri tek bir bilgisayardan sağlanan yararı ve performansı artırmak için konuşlandırılırlar.

Kümeleme

Kümeleme (clustering) yapıları kullanıcılara kesintisiz bir hizmet vermek amacıyla geliştirilmiştir. Kümeleme işlemi temel olarak sabit disklerdeki işlenebilir alanları artıran, işletim sisteminin mantıksal yapılarıdır. Windows sunucu işletim sistemi ailesinde Enterprise ve Data Center ürünleri kümeleme yapılarını destekler.

Kümeleme tekniğinin 4 modeli vardır:

• High Performance Computing (HPC)
• Component Load Balancing (CLB)
• Network Load Balancing (NLB)
• Server Clustering

Sunucu sistemler için son model olan Server Clustering kullanılır. Exchange Server için tanımlanan gelişmiş kümeleme modeli, iki ile sekiz düğüm arasında mantıksal yapılar oluşturarak sunucu üzerindeki disklerden biri hizmet veremez duruma düştüğünde diğer sabit diskler devreye girer, hizmet dışı kalan disk onarılıncaya kadar hizmet aksamasının önüne geçilmiş olur.

Küme sınıfları

Yüksek devamlılık kümeleri (High-Availability Clusters)

HA kümmel her şeyden önce kümmel verdiği hizmetlerin sürekliliğini artırmak amacıyla oluşturulmuşlardır. Bu kümelerde, sistem bileşenleri çöktüğünde hizmeti devam ettirebilmek için boş düğümler bulunur. Bir HA kümesinde genellikle en az iki düğüm bulunur. İşletim sistemleri için birçok ticari HA küme uygulaması vardır. Linux-HA, Linux OS için en çok kullanılan ücretsiz HA küme yazılımlarından biridir.

Yük dengeleyici kümeler (Load-Balancing Clusters)

Yük dengeleyici kümeler (LBC) bir veya daha fazla yük dengeleyici ön uçtan gelen iş yükünü arka uç sunucularına dağıtır. Bu kümeler her şeyden önce performansı artırmak için kullanılırlar. Aynı zamanda HC küme özelliklerini de taşırlar. Bu tür bilgisayar kümelerinin isimleri bazen sunucu parkı (server farm) olarak da geçebilir. Platform LSF HPC, Sun Grid Engine, Moab Cluster Suite ve Maui Cluster Scheduler bazı ticari LBC’lerdir. Linux Virtual Server ise Linux OS için kullanılan ücretsiz yazılımlardan biridir.

Yüksek performanslı kümeler (High-Performance Clusters)

Yüksek performanslı kümeler (HPC) düğümlerden gelen işi bölümlere ayırarak performans artışı sağlarlar ve genelde bilimsel hesaplamada kullanılırlar. En ünlü HPC uygulamalarından biri, OS gibi Linux çalıştıran ve paralelliği sağlayan ücretsiz yazılıma sahip olan düğümlü kümedir. Bu küme şekline Beowulf kümesi denir. Bu tür kümeler genelde HPC’de paralelliği tam anlamıyla sağlayan müşteri programlarını çalıştırırlar. Bu tür birçok program, bilimsel yazı uygulamalarında kullanılmak üzere, HPC bilgisayarları için özel olarak tasarlanmış olan MPI gibi kütüphaneleri kullanırlar.

Izgara (grid) hesaplama

Grid hesaplama veya grid kümeleri, küme hesaplama ile yakından ilgili teknolojilerdir. Gridler ve geleneksel kümeler arasındaki en önemli fark, gridlerin birbirlerine karşı tam anlamıyla sorumlu olmayan bilgisayar topluluklarını bir araya getiriyor olmalarıdır. Ayrıca gridlerdeki bilgisayar toplulukları kümelerdekilerden daha heterojendirler.

Grid hesaplama, işlem sırasında görevler arasında veri paylaşımının zorunlu olmadığı bağımsız görevlerden veya iş paketlerinden oluşan iş yükleri için düzenlenmiştir. Gridler, grid kümesindeki diğer bilgisayarlardan bağımsız olarak çalışan bilgisayarların yapacağı işlerin dağılımını kontrol ederler. Depolanan kaynaklar tüm düğümler tarafından paylaşılır ama yapılmakta olan bir işin ortasındaki sonuçlar gridin diğer düğümleri üzerinde devam etmekte olan işleri etkilemezler.

Yüksek performanslı küme uygulamaları (High-Performance Cluster Implementations)

TOP500 organizasyonunun her altı ayda bir düzenlediği en hızlı 500 bilgisayar listesinde birçok küme bulunmaktadır. TOP500, Mannheim Üniversitesi (University of Mannheim), Tennessee Üniversitesi (University of Tennessee) ve Lawrence Berkeley Uluslararası Laboratuvarları (Lawrence Berkeley National Laboratuary)’nda bulunan Uluslararası Enerji Araştırması Bilimsel Hesaplama Merkezi (National Energy Research Scientific Computing Center)’nin işbirliği ile hazırlanmaktadır. Kasım 2006 itibarıyla zirvedeki süper bilgisayar (supercomputer) 280.6 TFlops’luk performansıyla Department of Energy’nin IBM BlueGene/L sistemi olmuştur.

Kümeleşme, fiyatına bağlı olarak önemli başarımlar gösterebilir. Haziran 2006 itibarıyla dünyadaki en güçlü 28’inci süper bilgisayar seçilen System X, 1100 Apple XServe G5 2.3 GHz çift işlemcili (4GB RAM, 80GB SATA HDD), Mac OS X çalıştıran ve InfiniBand ara bağlantısı kullanan makinelerden oluşan 12.25 TFlops’luk bir bilgisayar kümesidir. Küme başta PowerMac G5’lerden oluşuyordu ama XServe’ler Mac’lardan daha az yer kaplamaktadırlar. Önceki Power Mac sisteminin toplam tutarı 5.2 milyon dolar idi.

Seti@home projesi var olan en büyük kümedir. Öyle ki, dünya dışı zekaların kanıtlarını ararken, Arecibo Observatory radyo teleskopundan veri çözümlemek için dünya çapında yaklaşık üç milyon ev bilgisayarı kullanmaktadır.

JavaSpaces, paylaşımlı bellek ile kümeleşmeye olanak sağlayan Sun Microsystems’in bir tanımlamasıdır.