مفاهیم کلاستر ها و OpenMosix
پیش‌درآمد
مبحث کلاسترها در لینوکس یکی از جذاب‌ترین و جالب‌ترین مباحث برای افراد علاقه‌مند به پردازش‌های موازی است. بدلیل علاقه بسیار زیاد خودم به این مبحث تصمیم به تهیه مقاله‌ای در این مورد گرفتم و بهتر دیدم یکی از بهترین مقالات موجود را ترجمه کرده و تجربه‌های خودم را نیز به آن اضافه کنم. مقاله حاضر برگرفته از نوشته‌های دانیل رابینز (Daniel Robbins) می‌باشد. این نوشته‌ها را می‌توانید از این نشانی دریافت نمایید. دانیل رابینز طراح و خالق لینوکس Gentoo می‌باشد. همانطور که اشاره کردم، این یک ترجمه تنها نیست. من خود تمام آنرا عملا انجام داده و بخش‌های عملی راهنمای فوق را کاملا تغییر داده و روش آسان‌تری را برای اجرای کلاستر پیشنهاد کرده‌ام. در بخش نخست این مقاله که اکنون در حال خواندن آن هستید، با مفاهیم کلاسترهای لینوکس تا حدودی آشنا خواهید شد. در بخش بعدی به طور عملی اقدام به برپاسازی یک کلاستر لینوکس خواهیم کرد.
کلاسترها چه هستند؟
به طور عمومی هنگامی که صحبت از کلاسترها می‌شود، مقصود فناوری‌هایی است که از طریق آن کامپیوترهای مختلف بتوانند با هم و با اشتراک قدرت پردازش هم، بتوانند امور پردازشی را که به آنها محول شده است، انجام دهند. این امور پردازشی همه چیز می‌تواند باشد. از پردازش‌های سنگین علمی تا تبدیل فایلهای موسیقی و یا رندر کردن جلوه‌های ویژه فیلم‌های سینمایی. برای مثال، تمامی جلوه‌های ویژه فیلم‌های ارباب حلقه‌ها توسط کلاسترهای لینوکس رندر و پردازش شده‌اند.
انواع مختلفی از فناوری‌های کلاستر سازی برای سیستم‌عامل لینوکس وجود دارند. یکی از شناخته شده ترین آنها کلاستر Beowulf است. این کلاستر حاوی چندین ماشین است که توسط یک شبکه محلی پرسرعت به هم متصل شده‌اند. برای استفاده از این سیستم‌های کلاستر، برنامه‌های کاربردی باید مجددا برای استفاده از آن با استفاده از کتابخانه‌های کلاستر سازی نوشته شوند. عمومی‌ترین کتابخانه‌های کلاستر سازی عبارتند از PVM و MPI. هر دوی این کتابخانه‌ها بسیار عالی کار می‌کنند. با استفاده این کتابخانه‌ها، برنامه نویسان قادر به نوشتن برنامه‌هایی هستند که از منابع روی کلاستر همانند منابع روی یک کامپیوتر، بهره گیری نمایند.برای بسیاری از برنامه‌های کاربردی، PVM و MPI امکان افزایش خطی قدرت پردازش کلاسترها را با توجه به تعداد ماشین‌های روی آن فراهم می‌نمایند.
PVM و MPI به درد همه نمی‌خورد!
با اینکه کلاسترهای Beowulf بسیار قدرتمند هستند، ولی به درد همه کس نمی‌خورند! بزرگترین اشکال آنها نیاز به نرم‌افزارهای خاص می‌باشد که با استفاده از PVM و MPI نوشته شده باشند تا بتوانند از مزایای کلاستر استفاده کنند. البته این برای مراکز علمی و تحقیقاتی که برنامه‌های کاربردی خاص خود را از ابتدا می‌نویسند، اشکال مهمی نیست. آنها به راحتی قادرند تا از MPI و PVM استفاده کنند.
حقیقتا درصد افراد و موسساتی که برنامه‌های کاربردی خود را از ابتدا می‌نویسند بسیار پایین است. برای کسانی که مایل هستند تا یک کلاستر بنا کرده و از مزایای آن در اجرای برنامه‌های کاربردی عادی استفاده کنند، این یک مسئله بزرگ است! برنامه‌های کاربردی این دسته از موسسات بدون استفاده از کتابخانه‌های کلاستر سازی نوشته شده‌اند، بنابراین این گونه موسسات قادر نیستند تا از مزایای کلاسترها بهره‌گیری نمایند.
آیا جالب نیست که یک فناوری وجود داشته باشد تا بتوانید با استفاده از آن از مزایای کلاسترهای لینوکس استفاده کنید، بدون آنکه نیاز داشته باشید تا برنامه‌های کاربردی خود را از ابتدا نوشته و یا حتی آنها را مجددا کامپایل نمایید؟ خوشبختانه چنین فناوری وجود دارد و نام آن OpenMosix است!
ورود به OpenMosix
OpenMosix قابلیت‌های کلاستر سازی را به هسته لینوکس اضافه می‌کند، بنابراین هر پروسه استاندارد لینوکس قادر خواهد بود تا از مزایای منابع کلاستر استفاده نماید. با استفاده از تکنیک‌های موازنه بار تطبیقی (Adaptive Load Balancing) پردازش‌های در حال اجرا بر روی یک گره (node) از کلاستر، قادرند تا بطور نامحسوس به یک گره دیگر از کلاستر مهاجرت کرده و بتوانند سریعتر اجرا شوند. بدلیل اینکه OpenMosix بطور کاملا نامحسوس (Transparent) عمل می‌کند، پردازش‌هایی که از یک گره به گره دیگر مهاجرت می‌کنند، حتی نمی‌دانند (لازم هم نیست بدانند) که در یک ماشین دیگر در حال اجرا هستند!
نامحسوس بودن OpenMosix به این معنی است که برای استفاده از مزایای موازنه بار تطبیقی آن، نیازی به برنامه نویسی خاصی نیست. در حقیقت، یک نصب پیش‌گزیده OpenMosix به طور خودکار پردازش‌ها را به بهترین گره منتقل خواهد کرد. این قابلیت OpenMosix را تبدیل به یک راه‌حل کلاستر سازی می‌کند که می‌تواند برای بخش عظیمی از برنامه‌ها مفید باشد.
OpenMosix دقیقا چکار می‌کند؟
بزرگترین کاری که OpenMosix انجام می‌دهد، تبدیل دسته‌ای از ماشین‌های لینوکس به یک سیستم بزرگ مجازی چند پردازنده‌ای متقارن (SMP=Symmetric MultiProcessor) است. هرچند نحوه عملکرد آن با سیستم‌های SMP واقعی مقداری تفاوت دارد. نخست اینکه سیستم‌های واقعی SMP که مبتنی بر ۲ یا چند پردازنده هستند، می‌توانند اطلاعات را با سرعت بسیار بالا تبادل نمایند، در صورتی که در OpenMosix سرعت ارتباط بین گرههای کلاستر، محدود به سرعت شبکه محلی است که گره‌ها در آن قرار دارند. استفاده از ارتباطات اترنت گیگابیت و یا سایر انواع پر سرعت اترنت باعث خواهد شد تا تبادل داده‌ها با سرعت بالاتری صورت گرفته و کارایی کلاستر بالاتر باشد.
البته OpenMosix دارای مزایایی نسبت به سیستم‌های چند پردازنده‌ای سنتی داراست. با استفاده از OpenMosix شما قادر به ایجاد کلاسترهایی حاوی دها و حتی صدها کامپیوتر با سخت‌افزار ارزان هستید در حالی که سیستم‌های SMP که حاوی تعداد زیادی پردازنده باشند، می‌توانند بسیار گرانقیمت باشند. برای بسیاری از برنامه‌های کاربردی، OpenMosix نسبت به سیستم‌های SMP یا Mainframe، حرف بیشتری برای گفتن دارد. البته دلیلی وجود ندارد که شما نتوانید OpenMosix را بر روی سیستم‌های قدرتمند چند پردازنده‌ای اجرا نمایید. حتی این امکان وجود دارد تا OpenMosix را به همراه برنامه‌های کاربردی که با MPI یا PVM توسعه یافته‌اند، اجرا نمایید تا سرعت کلاستر خود را بهینه نمایید.
همانند سیستم‌های SMP سنتی، OpenMosix قادر نیست تا یک پروسه را روی چند پردازنده فیزیکی اجرا نماید. واضح‌تر اینکه نباید انتظار داشته باشید تا اجرای برنامه‌ای مانند مرورگر موزیلا روی یک کلاستر سریعتر از یک سیستم تک پردازنده‌ای باشد، مگر اینکه اجرا پروسه آنرا به یک گره سریعتر روی کلاستر منتقل نمایید. بعلاوه در حال حاضر OpenMosix امکان جداسازی رشته‌های متعدد به هم پیوسته را از یکدیگر فراهم نمی‌کند.
OpenMosix قادر است تا پروسه‌های استاندارد لینوکس را بین گرههای کلاستر بدون مشکل مهاجرت دهد. در صورتی که یک برنامه کاربردی تعداد زیادی زیر پروسه داشته باشد، آنگاه OpenMosix قادر است تا هر یک از آنها را به یک گره مناسب در کلاستر منتقل کند. شما می‌توانید از این قابلیت حتی در برنامه‌های کاربردی که دارای زیر پروسه نیستند نیز استفاده کنید. برای مثال، در صورتی که نیاز دارید تا تعدادی فایل موسیقی را از فرمت wav به mp3 تبدیل نمایید، تبدیل هر فایل یک پروسه خواهد بود. شما می‌توانید تمام این پروسه‌ها را یکجا اجرا نمایید. در آنصورت عمل پردازش بین کلاستر پخش خواهد شد (بجای اینکه عملیات تبدیل فایل‌ها را یک به یک انجام دهید). در صورتی که شما ۱۲ فایل موسیقی و ۱۲ گره همسان داشته باشید، عملیات تبدیل ۱۲ بار سریعتر انجام خواهد شد.
Mosix در برابر OpenMosix
پروژه OpenMosix جدیدترین شعبه پروژه Mosix می‌باشد که یکی از اهداف آن فراهم کردن کلاستر سازی نامحسوس روی لینوکس است. پس چرا ما از OpenMosix استفاده کنیم؟ دلایل خوبی برای این امر وجود دارد. در اواخر سال ۲۰۰۱ رهبری پروژه Mosix تصمیم به انتشار نسخه‌های جدیدی از Mosix تحت مجوزهای غیر GPL گرفت (کدهایی که قبلا GPL بودند). بنابراین نسخه‌های جدید Mosix دیگر نرم‌افزار آزاد نبودند و حقوق کاربران نیز در آنها نامشخص بود و هیچ مانعی برای نویسنده Mosix وجود نداشت تا از کاربران درخواست پرداخت وجه نماید.
این تغییر مجوز باعث ایجاد نگرانی‌هایی در میان کاربران Mosix شد و برداشته شدن کدهای منبع و حذف لیست‌های پستی Mosix بدون توضیح موجه، این نگرانی را تشدید نمود. خوشبختانه این کاربران تنها کسانی نبودند که در باره این تغییرات جدید نگران بودند. موشه بار (Moshe Bar) یکی از مدیران پروژه Mosix با این تغییر مجوز از GPL موافق نبود. بنابراین وی پروژه OpenMosix را شروع کرد تا این اطمبنان حاصل شود که ارائه نسخه آزاد و رایگان Mosix به عموم مردم ادامه پیدا خواهد کرد. سایت رسمی پروژه OpenMosix در آدرس
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
یا
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
قرار دارد.
پس از آغاز این پروژه، تعداد زیادی از کاربران Mosix به OpenMosix روی آوردند. سیاست توسعه باز موشه باعث شد تا توسعه OpenMosix سرعت بیشتری بگیرد. در حال حاصر ۱۴ نفر بطور فعال روی پروژه OpenMosix کار می‌کنند در حالی که تعداد افراد پروژه Mosix تنها ۴ نفر است. در حال حاضر تعداد زیادی رفع اشکال، بهینه سازی سرعت و بهینه سازی در کدهای OpenMosix صورت گرفته است و تعدادی قابلیت جدید و بهینه سازی مجدد در سرعت نیز بزودی ارائه خواهند شد. در حقیت جدا شدن پروژه OpenMosix از Mosix باعث ارائه راه‌حل‌های بهتری برای کلاستر سازی تحت سیستم‌عامل لینوکس فراهم نموده است.
