هنگامی که یک مسئله محاسباتی واقعا پیچیده است، می تواند یک کامپیوتر را یک زمان طولانی برای پردازش آن – میلیون ها روز، در برخی موارد. حتی سوپر کامپیوترها محدودیت پردازش دارند. آنها نیز نادر و گران هستند. بسیاری از امکانات تحقیقاتی نیاز به مقدار زیادی توان محاسباتی دارند، اما دسترسی به سوپر کامپیوتر ندارند. برای این سازمان ها، محاسبات به اشتراک گذاشته اغلب جایگزین جذابی برای ابر رایانه ها است.

محاسبات به اشتراک گذاشته شده یک نوع محاسبات با کارایی بالا است. سیستم رایانه ای مشترک یک شبکه کامپیوتری است که برای انجام یک کار خاص با هم کار می کنند. هر کامپیوتر بخشی از قدرت پردازش خود را – و گاهی اوقات دیگر منابع – به اهداف کمک می کند. با شبکه کردن هزاران کامپیوتر با هم، یک سیستم رایانه ای مشترک می تواند برابر قدرت پردازش یک ابر رایانه یا حتی بالاتر از آن باشد.

اغلب وقت، کامپیوتر شما از تمام منابع محاسباتی آن استفاده نمی کند. زمان های دیگری هم وجود دارد که شما ممکن است کامپیوتر خود را داشته باشید، اما در واقع از آن استفاده نمی کنید. یک سیستم کامپیوتری به اشتراک گذاشته شده از این منابع استفاده می کند که در غیر این صورت باقی می ماند استفاده نشده است.

سیستم های رایانه ای مشترک برای مشکلات پیچیده ای عالی هستند اما برای دیگران مفید نیستند. آنها می توانند برای طراحی و مدیریت پیچیده باشند. در حالی که چندین دانشمند کامپیوتر در حال کار بر روی یک راه برای استاندارد کردن سیستم های کامپیوتری مشترک هستند، بسیاری از سیستم های موجود بر روی سخت افزار، نرم افزار و معماری منحصر به فرد هستند.

چه قطعاتی یک سیستم کامپیوتری معمولی را تشکیل می دهند؟ برای یافتن مطالعه را ادامه دهید.

سیستم های رایانه ای مشترک

در یک سیستم کامپیوتری با کارآیی سنتی، تمام رایانه ها یک مدل مشابه دارند و در یک سیستم عامل مشابه اجرا می شوند. اغلب برنامه های کاربردی که در سیستم اجرا می شوند سرور اختصاصی خود را دارند. گاهی اوقات کل شبکه به اتصالات سخت افزاری متکی است، به این معنی که تمام عناصر در سیستم از طریق هاب های مختلف به یکدیگر متصل می شوند. کل سیستم کارآمد و ظریف است.

یک سیستم رایانه به اشتراک گذاشته می تواند همان کارایی باشد، اما لزوما بسیار ظریف نیست. یک سیستم کامپیوتری به اشتراک گذاشته شده تنها توسط نرم افزاری است که متکی بر اتصال به کامپیوترها است. با نرم افزار مناسب، یک سیستم رایانه ای مشترک می تواند بر روی انواع مختلف رایانه های در حال اجرا بر روی سیستم عامل های مختلف کار کند. اتصال شبکه ممکن است بر روی شبکه های سختافزاری، شبکه های محلی (شبکه های محلی)، شبکه های بی سیم (WAN) یا اینترنت وجود داشته باشد. بزرگترین مزیت یک سیستم رایانه به اشتراک گذاشته شده بیش از سیستم های HPC سنتی این است که آسانتر کردن منابع بیشتری برای یک سیستم رایانهای به اشتراک گذاشته شود. هر کس با یک کامپیوتر قادر به اجرای نرم افزار سیستم می تواند به آن ملحق شود.

نرم افزار سیستم چیزی است که به هر پردازش قدرت استفاده از هر کامپیوتر دسترسی دارد. هر رایانه متصل به سیستم باید این نرم افزار را برای شرکت در برنامه نصب کرده باشد. هیچ کیت نرم افزاری محاسباتی مشترک قطعی وجود ندارد، اما به طور کلی نرم افزار باید موارد زیر را انجام دهد:

    برای دریافت یک تکه اطلاعات از سرور اداری سیستم تماس بگیرید
    نظارت بر استفاده از CPU میزبان کامپیوتر و استفاده از پردازش قدرت هر زمان که در دسترس است
    ارسال اطلاعات تجزیه و تحلیل داده ها را به سرور اداری در مقابل داده های جدید ارسال کنید

سیستم های رایانه ای مشترک استفاده نسبتا باریک دارند. آنها برای حل مشکلات محاسباتی بزرگ که دانشمندان می توانند به بخش های کوچکتر برسند عالی هستند. اگر مشکل را به تکه های کوچکتر برساند، به ویژه ساده است، این یک مشکل موقت موثر است.

برای مشکلات کوچک محاسباتی یا مشکلات که آسان نیست به شکستن، سیستم های محاسبات به اشتراک گذاشته کمتر مفید است. کل نقطه سیستم این است که مقدار زمان لازم برای محاسبات پیچیده را کاهش دهد. این الزاما سرعت محاسبات ساده در سراسر شبکه را افزایش نخواهد داد.

بخش های مختلف یک سیستم رایانه ای مشترک چیست؟ برای یافتن مطالعه را ادامه دهید.

معماری رایانه به اشتراک گذاشته شده

بر خلاف سیستم های محاسباتی شبکه – که در نظریه می تواند به عنوان بسیاری از نقاط اتصال شبکه به عنوان کاربران وجود دارد – یک سیستم رایانه به اشتراک گذاشته معمولا تنها چند نقطه کنترل است. به همین دلیل است که اکثر سیستم های رایانش ابری دارای اهداف خاص هستند و خدمات عمومی نیستند.

مفید است تصور یک سیستم کامپیوتری مشترک به عنوان داشتن یک جلویی و انتهای عقب. در قسمت جلویی همه کامپیوترهایی هستند که داوطلبانه منابع CPU را به پروژه می دهند. در انتهای عقب کامپیوترها و سرورهایی هستند که پروژه کلی را اداره می کنند، کار اصلی را به تکه های کوچکتر تقسیم می کنند، با کامپیوترها در جلویی ارتباط برقرار می کنند و اطلاعاتی را که رایانه های جلویی پس از تکمیل تجزیه و تحلیل ارسال می کنند ذخیره می کنند.

به طور کلی، کار تقسیم کردن مسئله محاسبات به تکه های کوچکتر به یک برنامه در یک کامپیوتر عقب، معمولا یک سرور، می افتد. این رایانه از نرم افزار خاصی برای تقسیم کار به قطعات کوچکتر استفاده می کند که برای سیستم رایانه ای معمولی برای مدیریت آسان تر است. هنگامی که با نرم افزار همراه که در یک کامپیوتر جلو قرار دارد تماس گرفته می شود، سرور برای تجزیه و تحلیل داده ها را از طریق شبکه ارسال می کند. پس از دریافت یک کار تجزیه و تحلیل کامل، سرور داده ها را به یک پایگاه داده مناسب هدایت می کند.

مدیران سیستم معمولا با استفاده از یک کامپیوتر دیگر برای تجزیه و تحلیل کامل تجزیه و تحلیل با یکدیگر استفاده می کنند. هدف نهایی این است که با حل آن در بیت های کوچک به حل یک مسئله بسیار بزرگ برسیم. در بسیاری از موارد، مدیران سیستم نتایج را منتشر خواهند کرد تا دیگران بتوانند از اطلاعات استفاده کنند.

اگر این توصیف معماری کمی مبهم باشد، به این دلیل است که هیچ راهی برای ایجاد و مدیریت یک سیستم محاسباتی به اشتراک گذاشته نشده است. هر سیستم دارای نرم افزار و معماری منحصر به فرد خود است. در بیشتر موارد، برنامهنویس نرم افزار را برای اهداف خاص سیستم سفارشی میکند. در حالی که دو سیستم کامپیوتری مشترک ممکن است به طور کلی به طور یکسان کار کنند، هنگامی که به قطعات کوچکتر می روید، می توانند بسیار متفاوت باشند.

برخی از برنامه های کاربردی رایانه چه هستند و چرا آنها نیاز به نرم افزار تخصصی دارند؟ در بخش بعدی در زیر بخوانید.

برنامه های رایانه ای به اشتراک گذاشته شده

ده ها پروژه فعال سیستم رایانه ای فعال وجود دارد که هر کدام با شبکه های شخصی و وظایف محاسباتی است. برخی از این شبکه ها همپوشانی دارند – امکان دارد کاربر در بیش از یک شبکه مشارکت کند، اما این بدان معنی است که پروژه های مختلف باید منابع خالی را تقلید کنند. در نتیجه، هر کار فردی طول می کشد کمی طولانی تر است.

یک مثال از یک سیستم کامپیوتری مشترک، آزمایشگاه گرید ویسکانسین (GLOW) است. دانشگاه ویسکانسین-مدیسون از GLOW برای پروژه های چندگانه استفاده می کند که در برخی موارد از اکثر سیستم های محاسباتی مشترک جدا شده است. یک پروژه از شبکه GLOW برای مطالعه ژنوم انسان استفاده می کند. یکی دیگر از مزایای منابع GLOW برای تحقیق در مورد درمان های بالقوه برای سرطان استفاده می کند. بر خلاف سیستم های محاسباتی به اشتراک گذاشته شده که به یک کار اختصاص داده شده، GLOW می تواند پروژه های متعدد را اداره کند.

نرم افزاری که GLOW را قادر می سازد Condor نامیده می شود. این کار کاندور برای یافتن پردازنده های بیکار در شبکه GLOW است و از آنها برای کار بر روی پروژه های فردی استفاده می کند. هنگامی که یک پروژه غیر فعال است، کاندور منابع خود را برای پروژه های دیگر قرض می دهد. با این حال، اگر هر پروژه قبلا غیر فعال بازگردد، Condor پردازنده های کامپیوترهای مربوطه را منتشر می کند.

بعضی از سیستم های رایج دیگر عبارتند از:

    SETI @ home: پروژه ای است که اطلاعات را از تلسکوپ های رادیویی در جستجوی هوش عاطفی خارج از زمین تجزیه و تحلیل می کند.
    Africa @ home: این پروژه قدرت کامپیوتر را برای تحقیق در برنامه های طراحی شده برای بهبود کیفیت زندگی در آفریقا با تمرکز بر ابتکارات کنترل مالاریا اختصاص می دهد.
    پروتئین @ home، Predictor @ home، Rosetta @ home و Folding @ home: هر یک از این پروژه ها پروتئین ها را با روش های مختلفی بررسی می کند.
    اینشتین @ home، Cosmology @ home، Milkyway @ home و Orbit @ home: این پروژه ها داده های نجومی را مطالعه می کنند.

پروژه های دیگر همه چیز را از فیزیک دینامیک مایع به محیط های شبیه سازی شده فناوری نانو بررسی می کنند.

بنابراین سیستم های رایانه ای مشترک می تواند واقعا مفید باشد، اما آیا خطرات وجود دارد؟ در صورت ترساندن به خواندن ادامه دهید

نگرانی درباره رایانه به اشتراک گذاشته شده

هر زمان که یک سیستم اجازه دسترسی یک کامپیوتر به منابع کامپیوتر دیگر را بدهد، سوالاتی در مورد ایمنی و حریم خصوصی مطرح می شود. چه چیزی مدیران برنامه را از سوء استفاده از یک رایانه کاربر خاص متوقف می کند؟ اگر مدیران می توانند قدرت CPU را بچرخند، آیا می توانند به فایل ها و اطلاعات حساس دسترسی پیدا کنند؟

پاسخ ساده به این سؤال این است که بستگی به نرم افزاری دارد که کامپیوتر شرکت کننده باید بخشی از سیستم را نصب کند. همه چیز یک سیستم رایانه ای مشترک می تواند با یک کامپیوتر شخصی کار کند و بستگی به آن نرم افزار دارد. اکثر زمان ها، این نرم افزار اجازه دسترسی مستقیم به محتویات کامپیوتر میزبان را نمی دهد. همه چیز خودکار است و تنها پردازش قدرت CPU قابل دسترسی است.

استثنا وجود دارد، هر چند. یک سیستم کامپیوتری زامبی یا بوت نت نمونه ای از یک سیستم رایانه ای مخرب است. یک سیستم کامپیوتری زامبی تحت هکر قرار می گیرد صاحبان کامپیوتر بی گناه را به قربانیان تبدیل می کند. اولا قربانی باید قبل از اینکه هکر بتواند به آن دسترسی پیدا کند، نرم افزار خاصی را در کامپیوتر خود نصب کند. معمولا چنین برنامه نرم افزاری به عنوان یک برنامه بی ضرری پوشیده شده است. پس از نصب، هکر می تواند به رایانه قربانی دسترسی داشته باشد تا کارهای مخرب مانند حمله مستقیم (DDoS) را انجام دهد یا مقادیر زیادی از هرزنامه ارسال کند. یک بوت نت می تواند صدها یا هزاران کامپیوتر را بگذراند، همه بدون قربانیانی که از آنچه اتفاق می افتند آگاهی دارند.

سیستم های رایانه ای مشترک نیز برای زمانی که یک کامپیوتر خاص به حالت آفلاین می رود یا برای مدت زمان طولانی در دسترس نمی باشد، به برنامه ای نیاز دارد. اکثر سیستم ها دارای یک رویه ای هستند که محدودیت زمان را برای هر کار تعیین می کند. اگر کامپیوتر شرکت کننده این کار را در یک زمان مشخص انجام ندهد، سرور کنترل کار این کامپیوتر را لغو می کند و کار را به یک کامپیوتر جدید اختصاص می دهد.

یک انتقاد از رایانه های به اشتراک گذاشته شده این است که در حالی که پردازنده های بیکار سرمایه گذاری می کند، مصرف برق و خروجی گرما را افزایش می دهد. همانطور که رایانه بیشتر از توان پردازشی خود استفاده می کند، آنها نیاز به برق بیشتری دارند. بعضی از مدیران سیستم رایانهای مشترک از شرکتکنندگان میخواهند تا همیشه رایانه خود را ترک کنند تا سیستم به طور مداوم به منابع دسترسی پیدا کند. گاهی اوقات یک ابتکار عمل سیستم محاسباتی مشترک با طرح های سبز مواجه می شود که بر ذخیره انرژی تأکید دارند.

شاید بزرگترین انتقاد از سیستم های محاسباتی مشترک این است که آنها به اندازه کافی جامع نیستند. در حالی که منابع قدرت پردازش قدرت را به هم متصل می کنند، از منابع دیگر مانند ذخیره سازی استفاده نمی کنند. به همین دلیل، بسیاری از سازمانها در حال پیاده سازی سیستم های محاسباتی شبکه هستند که از منابع بیشتر بهره مند می شوند و امکان استفاده از انواع مختلف برنامه ها را برای استفاده از شبکه ها فراهم می کنند.

آیا سیستمهای رایانهای مشترک در آینده هستند یا سیستمهای رایانهای شبکه جای خود را خواهند گرفت؟ همانطور که هر دو مدل رایج تر می شوند، ما خواهیم دید که سیستم برنده می شود.