Сигналларга рақамли ишлов беришда кластер тенгологияларининг ўрни

СИГНАЛЛАРГА РАҚАМЛИ ИШЛОВ БЕРИШДА КЛАСТЕР ТЕНГОЛОГИЯЛАРИНИНГ ЎРНИ


Муслимжон Қўчқаров Адҳамжон ўғли (ТАТУ докторант)


Биз биламизки ҳисоблаш эволюцион жараёндир. Ривожланиш тарихининг беш авлоди - ҳар бир авлод олдингисининг технологияси, архитектураси, дастурий таъминоти, иловалари ва вакиллик тизимларини такомиллаштириш - буни аниқ кўрсатиб турибди. Ушбу эволюциянинг бир қисми сифатида, иловалар томонидан бошқариладиган ҳисоблаш талаблари ҳар доим мавжуд технологиядан устун келди. Шундай қилиб, тизим дизайнерлари ҳар доим тезроқ ва тежамкор компьютер тизимларини излашлари керак. Параллел ва тақсимланган ҳисоблаш ягона процессорли тизимларнинг технологик чекловларидан сезиларли даражада ошиб кетадиган ҳисоблаш қувватини таклиф қилиш орқали энг яхши ечимни таъминлайди. Aфсуски, параллел ва тақсимланган ҳисоблаш концепцияси биз билан ўттиз йилдан ортиқ вақтдан бери мавжуд бўлсада, кўп процессорли тизимларнинг юқори нархи ҳозирги кунга қадар тижорат муваффақиятига тўсқинлик қилди. Бугунги кунда иловаларнинг кенг доираси юқори ҳисоблаш қувватига муҳтож ва ҳатто битта процессорли шахсий компьютерлар ва иш станциялари жуда тез ишлов беришни таъминлай олади. Бир вақтнинг ўзида бир нечта процессорлар ишлаши мумкин бўлган тезроқ ишлаш ҳали ҳам талаб қилинади. Энди, ниҳоят, харажатлар ҳам пасаймоқда. Myrinet, Fast Ethernet ва Gigabit Ethernet каби тайёр процессорлар ва алоқа платформаларидан фойдаланган ҳолда товар компьютерлари ва иш станцияларининг тармоқ кластерлари борган сари тежамкор ва оммабоп бўлиб бормоқда. Кластер ҳисоблаш деб номланувчи ушбу концепция, албатта, гуллаб-яшнашда давом этади: Бундан ташқари, кластерлар жуда юқори нархга эга эмас.
Кластер - фойдаланувчи нуқтаи назаридан битта аппарат ресурсини ифодаловчи юқори тезликдаги алоқа каналлари билан боғланган компьютерлар гуруҳи. Кластер - бу умумий иловаларни ишга тушириш учун биргаликда ишлайдиган ва фойдаланувчиларга ягона тизим сифатида кўринадиган бир нечта ҳисоблаш тизимларининг мустақил бириктирилган тўплами. Кластер технологиясининг биринчи яратувчиларидан бири Грегори Пфистер кластерга қуйидаги таъриф берди. Кластер - бу параллел ёки тақсимланган тизим. Кластерли ҳисоблаш - бу яхлит ёки бир-бири билан чамбарчас боғлиқ бўлган компьютерлар йиғиндиси бўлиб, улар битта объект сифатида ишлайди 1-расм. Боғланган компьютерлар операцияларни биргаликда бажарадилар ва шу орқали ягона тизим ғоясини яратадилар. Кластерлар одатда тезкор локал тармоқлар (LAN) орқали уланади. Кластер ҳисоб-китоблари нисбатан арзон, катта сервер ёки супперкомпьютер ечимлари учун ноанъанавийдир.

1-расм. Оддий кластерли ҳисоблаш тартиби
Кўплаб ташкилотлар ва ИТ -компаниялар миқёси, мавжудлиги, ишлов бериш тезлиги ва ресурсларни иқтисодий нархларда бошқаришни ошириш учун кластерли ҳисоблашни амалга оширмоқда. У маълум бир аппарат сотувчилари ва уларнинг маҳсулот қарорларига боғлиқ бўлмаган юқори самарали параллел тизимларни жорий этиш ва қўллашнинг ягона умумий стратегиясини тақдим етади. Кластер бир-бирига боғланган бир нечта компьютерлардан иборат. Одатда кластерлар қуйидаги асосий турларга ажратилади:

1. 
   Юқори даражадаги кластерлар (High-availability clusters - HA)
   
2. 
   Юкланишни мувозанатлаш кластерлари (Load balancing clusters - LBC)
   
3. 
   Юқори ҳисоблаш кластерлари (High performance computing clusters - HPC)
   

Юқори даражадаги техникага мувофиқ ишлаб чиқилган кластер (серверлар гуруҳи) ва ускуналарнинг кўплиги туфайли минимал тўхташ вақтини таъминлайди. Кластерсиз, сервернинг ишламай қолиши, у қўллаб -қувватлайдиган иловалар ёки тармоқ хизматлари нормал ишлашига қайтарилмагунча ишламай қолишига олиб келади. Тўхтатиш кластери бу ҳолатни аппарат ёки дастурий таъминот ишламай қолганда администратор аралашувисиз кластернинг бошқа тугунларидаги иловаларни қайта ишга тушириш орқали тузатади. Қайта ишга тушириш жараёни муваффақияcиз деб номланади. Ушбу жараённинг бир қисми сифатида, кластерлаш дастури дастурни ишга туширишдан олдин тугунни янада созлаши мумкин (масалан, тегишли файл тизимларини импорт қилиш ва ўрнатиш, тармоқ ускуналарини қайта созлаш ёки ҳар қандай ёрдамчи дастурларни ишга тушириш). Тўхтатиш кластерлари муҳим маълумотлар базаларини, тармоқ файлларини сақлашни, бизнес-иловаларни ва электрон тижорат сайтлари каби мижозларга хизмат кўрсатиш тизимини қўллаб-қувватлаш учун кенг қўлланилади.
ҲA кластерлари кўпинча муҳим маълумотлар базалари, тармоқдаги файлларни алмашиш, бизнес иловалари ва электрон тижорат веб -сайтлари каби мижозларга хизмат кўрсатиш учун ишлатилади. ҲA кластерлари одатда кластердаги ҳар бир тугуннинг ҳолатини кузатиш учун ишлатиладиган юқори тезлигили хусусий тармоқ уланишидан фойдаланадилар. Кластер томонидан тақдим етиладиган хизматларнинг юқори даражада бўлишини таъминлаш учун яратилган. Кластерга киритилган тугунларнинг ортиқча сони бир ёки бир нечта серверлар ишламай қолганда хизмат кўрсатилишини кафолатлайди. Тугунларнинг одатий сони иккитадир, бу мавжудликнинг ошишига олиб келадиган минимал сон. Бундай кластерларни яратиш учун кўплаб дастурий ечимлар яратилган.
ҲA кластерлари одатда индивидуал тизимлар ва умумий инфратузилмани иложи борича ишончли қилиш учун барча мавжуд техникалардан фойдаланадилар. Буларга киради:
Ички дискларнинг ишламай қолиши тизимнинг ишдан чиқишига олиб келмаслиги учун дискни акс эттириш (ёки мустақил дискларнинг ортиқча массивлари - RAID).
Тармоқ уланишларининг ортиқча бўлиши, шунинг учун битта кабел, калит ёки тармоқ интерфейсининг ишдан чиқиши тармоқнинг узилишига олиб келмайди.
Бир хил кабел, коммутатор ёки интерфейснинг ишдан чиқиши серверга уланишнинг йўқолишига олиб келмаслиги учун ортиқча сақлаш тармоғи (SAN) уланишлари (бу умумий архитектурани бузади).
Юкланишни мувозанатлаш кластерлари (Network Load Balancing, NLB).
Уларнинг ишлаш принципи сўровларни бир ёки бир нечта кириш тугунлари орқали тақсимлашга асосланган бўлиб, уларни қолган қисмларга, ҳисоблаш тугунларига қайта ишлашга йўналтиради. Бундай кластернинг асл мақсади ишлашдир, лекин улар кўпинча ишончлилигини ошириш усулларидан фойдаланадилар.
Кластер технологиялари қуйидаги афзалликлари эга:
Aрзон: Кластернинг техник воситалари ва дастурий таъминоти суперкомпьютерникига қараганда анча арзон. Миқёси: Иш кластердаги мавжуд тизимнинг имкониятларидан ошиб кетганда қўшимча тугунларни кластерга қўшиш мумкин. Техник хизмат кўрсатиш: Кластерни ўрнатиш ва уни сақлаш нисбатан осон. Юқори ишлаш: Операциялар оптималлаштирилган ва самарали бўлади. Катта имконият: Муаммонинг каттароқ ҳажмини ҳал қилиш қобилиятилари мавжуд.

Адабиётлар:

1. 
   Z. Xakimjon, M. Oybek, “Definition of synchronization processes during parallel signal processing in multicore processors,” in International Conference on Information Science and Communications Technologies: Applications, Trends and Opportunities, ICISCT 2019, 2019, doi:10.1109/ICISCT47635.2019.9012006.
   
2. 
   Zaynidinov H.N., Bahromov S.A., Azimov B.R., Қўчқаров М.А. “Lacol Interpolation Bicubic Spline Method in Digital Processing of Geophysical Signals” Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal Vol. 6, No. 1, 487-492 (2021).
   
3. 
   Xingwei Zhao., Bo Tao., Han Ding. “Multi-mobile robot cluster system for robot machining of large-scale workpieces”. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics (2021),10.1109/TMECH.2021.3068259