Efficient mechanisms to provide fault tolerance in interconnection networks for pc clusters

Actualmente, los clusters de PC son un alternativa rentable a los computadores paralelos. En estos sistemas, miles de componentes (procesadores y/o discos duros) se conectan a través de redes de interconexión de altas prestaciones. Entre las tecnologías de red actualmente disponibles para construir clusters, InfiniBand (IBA) ha emergido como un nuevo estándar de interconexión para clusters. De hecho, ha sido adoptado por muchos de los sistemas más potentes construidos actualmente (lista top500). A medida que el número de nodos aumenta en estos sistemas, la red de interconexión también crece. Junto con el aumento del número de componentes la probabilidad de averías aumenta dramáticamente, y así, la tolerancia a fallos en el sistema en general, y de la red de interconexión en particular, se convierte en una necesidad. Desafortunadamente, la mayor parte de las estrategias de encaminamiento tolerantes a fallos propuestas para los computadores masivamente paralelos no pueden ser aplicadas porque el encaminamiento y las transiciones de canal virtual son deterministas en IBA, lo que impide que los paquetes eviten los fallos. Por lo tanto, son necesarias nuevas estrategias para tolerar fallos. Por ello, esta tesis se centra en proporcionar los niveles adecuados de tolerancia a fallos a los clusters de PC, y en particular a las redes IBA. En esta tesis proponemos y evaluamos varios mecanismos adecuados para las redes de interconexión para clusters. El primer mecanismo para proporcionar tolerancia a fallos en IBA (al que nos referimos como encaminamiento tolerante a fallos basado en transiciones; TFTR) consiste en usar varias rutas disjuntas entre cada par de nodos origen-destino y seleccionar la ruta apropiada en el nodo fuente usando el mecanismo APM proporcionado por IBA. Consiste en migrar las rutas afectadas por el fallo a las rutas alternativas sin fallos. Sin embargo, con este fin, es necesario un algoritmo eficiente de encaminamiento capaz de proporcionar suficientesMontañana Aliaga, JM. (2008). Efficient mechanisms to provide fault tolerance in interconnection networks for pc clusters [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2603Palanci

Diseño de mecanismos eficientes para la gestión de subredes infiniband

El objetivo principal de esta tesis doctoral es contribuir al desarrollo de mecanismos de asimilación de cambios toplogicos para la arquitectura de red infiniband. En una primera fase, se ha diseñado y evaluado un primer prototipo de mecanismo de gestión. Su evaluación nos ha permitido identificar los principales cuellos de botella en el proceso de adaptación al cambio. A continuación, se han propuesto mecanismos optimizados para cada una de las tareas involucradas en dicho proceso: la detección del cambio topológico, la adquisición de la nueva topología de la red, el cómputo de nuevas rutas y la distribución de tables de encaminamiento actualizadas a los conmutadores de la red. El resultado es un mecanismo de gestión totalmente compatible con la especificación de infiniband, fácilmente implementable en sistemas comerciales, y casi transparente desde el punto de vista de las aplicaciones a las que da servicio la red

A shared-disk parallel cluster file system

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Informática Pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e TecnologiaToday, clusters are the de facto cost effective platform both for high performance computing (HPC) as well as IT environments. HPC and IT are quite different environments and differences include, among others, their choices on file systems and storage: HPC favours parallel file systems geared towards maximum I/O bandwidth, but which are not fully POSIX-compliant and were devised to run on top of (fault prone) partitioned storage; conversely, IT data centres favour both external disk arrays (to provide highly available storage) and POSIX compliant file systems, (either general purpose or shared-disk cluster file systems, CFSs). These specialised file systems do perform very well in their target environments provided that applications do not require some lateral features, e.g., no file locking on parallel file systems, and no high performance writes over cluster-wide shared files on CFSs. In brief, we can say that none of the above approaches solves the problem of providing high levels of reliability and performance to both worlds. Our pCFS proposal makes a contribution to change this situation: the rationale is to take advantage on the best of both – the reliability of cluster file systems and the high performance of parallel file systems. We don’t claim to provide the absolute best of each, but we aim at full POSIX compliance, a rich feature set, and levels of reliability and performance good enough for broad usage – e.g., traditional as well as HPC applications, support of clustered DBMS engines that may run over regular files, and video streaming. pCFS’ main ideas include: · Cooperative caching, a technique that has been used in file systems for distributed disks but, as far as we know, was never used either in SAN based cluster file systems or in parallel file systems. As a result, pCFS may use all infrastructures (LAN and SAN) to move data. · Fine-grain locking, whereby processes running across distinct nodes may define nonoverlapping byte-range regions in a file (instead of the whole file) and access them in parallel, reading and writing over those regions at the infrastructure’s full speed (provided that no major metadata changes are required). A prototype was built on top of GFS (a Red Hat shared disk CFS): GFS’ kernel code was slightly modified, and two kernel modules and a user-level daemon were added. In the prototype, fine grain locking is fully implemented and a cluster-wide coherent cache is maintained through data (page fragments) movement over the LAN. Our benchmarks for non-overlapping writers over a single file shared among processes running on different nodes show that pCFS’ bandwidth is 2 times greater than NFS’ while being comparable to that of the Parallel Virtual File System (PVFS), both requiring about 10 times more CPU. And pCFS’ bandwidth also surpasses GFS’ (600 times for small record sizes, e.g., 4 KB, decreasing down to 2 times for large record sizes, e.g., 4 MB), at about the same CPU usage.Lusitania, Companhia de Seguros S.A, Programa IBM Shared University Research (SUR