Розроблення та впровадження розподіленої обчислювальної системи для високопродуктивних обчислень

Abstract

Сучасні обчислювальні системи для високопродуктивних обчислень можна побудувати з недорогих споживчих компонентів, що надає широкі можливості для проведення досліджень, симуляцій та навчальних експериментів у звичайних академічних установах, без потреби у мільйонних інвестиціях. Побудова таких систем — актуальна задача як з практичної, так і з дослідницької точки зору, що дає змогу одночасно вивчити принципи паралельних обчислень, оптимізації архітектур, мережевої взаємодії та програмного забезпечення. Об’єктом дослідження у бакалаврській роботі є процеси організації розподілених обчислень у системах високопродуктивного класу (HPC). Предметом дослідження виступають інструменти та методи побудови кластерних систем, налаштування інфраструктури для запуску паралельних задач і оцінювання ефективності їх виконання. У роботі створено кластерну обчислювальну систему на основі бюджетного апаратного забезпечення. Проведено налаштування мережевої взаємодії, файлової системи, аутентифікації, планувальника задач (Slurm), бібліотек для паралельних обчислень (MPI, PETSc, FenicsX), а також інструментів моніторингу та профілювання (Prometheus, Grafana, perf). Реалізовано та протестовано низку задач: синтетичні тести продуктивності, чисельні алгоритми та приклади криптографічної обробки даних. Проведено аналіз масштабованості, впливу розподілу навантаження між вузлами, продуктивності пам’яті та мережі, надано рекомендації щодо використання такої системи в наукових або освітніх цілях. Загальний обсяг роботи: 89 сторінок, 23 рисунки, 28 посилань.