Beowulf cluster

Angol

Főnév

Beowulf cluster (tsz. Beowulf clusters)

1. (informatika) A Beowulf cluster egy olyan számítógépes fürt (cluster), amely olcsó, általános célú hardverekből (például PC-kből vagy szerverekből) épül fel, és nyílt forráskódú szoftverek (elsősorban Linux és MPI) segítségével együtt dolgozik, hogy nagy számítási teljesítményt nyújtson. A cél: nagy teljesítményű számítástechnika (HPC) elérhetővé tétele kis költségvetéssel.

---

1. Mi az a Beowulf cluster?

A Beowulf cluster egy számítógépes fürtözési architektúra, amelyet egy közös célért összeállított, hálózatba kötött gépek alkotnak. A rendszer úgy működik, mintha egyetlen nagy teljesítményű számítógép lenne.

Alapelvek:

• Személyi számítógépek vagy szerverek (commodity hardware)
• Linux vagy más UNIX-szerű operációs rendszer
• Szabad szoftverek, mint például:
  • MPI (Message Passing Interface)
  • PVM (Parallel Virtual Machine)
• Ethernet vagy más hálózati kapcsolat a gépek között
• Központi vezérlő és munkavégző (slave) csomópontok

---

2. Eredet

A Beowulf cluster ötletét Thomas Sterling és Donald Becker (NASA, 1994) fejlesztette ki, amikor olcsó, mégis erőteljes számítási megoldásra volt szükség.

A név a Beowulf angolszász hősi eposzra utal, ahol egy harcos legyőz egy erős szörnyet – szimbolikusan az alacsony költségű gépek legyőzik a drága szuperszámítógépek korlátait.

---

3. Architektúra

A Beowulf rendszer tipikusan master–slave (vezérlő–munkás) architektúrában épül fel.

Komponensek:

Komponens	Funkció
Master node	Felügyeli a feladatok kiosztását, kommunikációt, eredmények begyűjtését
Slave node-ok	A számítási feladatokat végzik
Hálózat	A csomópontok közötti adatátvitelért felelős (pl. Ethernet, InfiniBand)
Megosztott tárhely	Pl. NFS, ahol az adatok közösen elérhetők

---

4. Szoftverek

Operációs rendszer:

• Többnyire Linux (pl. Ubuntu Server, CentOS, Rocky Linux)

Párhuzamos programozás:

• MPI (Message Passing Interface): az üzenetküldés alapú párhuzamosítás szabványa
• PVM (Parallel Virtual Machine): korábbi párhuzamos rendszerszoftver
• OpenMP: megosztott memóriás gépekhez

Ütemezők:

• SLURM, Torque, PBS: feladatütemezés, erőforrás-kezelés

---

5. Példa működésre (MPI)

Az MPI programozás során a master node elindít egy programot több processzel, és minden processz egy másik gépen fut.

#include <mpi.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char** argv) {
    int rank, size;
    MPI_Init(&argc, &argv);          // MPI környezet inicializálása
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank); // Azonosító (rank)
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size); // Processzek száma

    printf("Hello from process %d of %d\n", rank, size);
    MPI_Finalize();                  // MPI lezárása
    return 0;
}

---

6. Előnyök

Előny	Magyarázat
Költséghatékony	Olcsó hardver, szabad szoftver
Rugalmas	Bővíthető új csomópontokkal
Tanuláshoz ideális	Oktatás, kutatás, prototípusok
Szabad szoftver	Nem igényel drága licencet

---

7. Hátrányok

Hátrány	Magyarázat
Komplex telepítés	A rendszer összehangolása időigényes
Hálózati késleltetés	Ethernet alapú hálózatnál jelentős lehet
Megosztott fájlrendszer igény	NFS vagy más közös tárhely szükséges
Hibakezelés	Egy csomópont meghibásodása az egész futást befolyásolhatja

---

8. Használati területek

• Tudományos kutatás (fizika, kémia, genomika, meteorológia)
• Mérnöki szimulációk (CFD, végeselem-analízis)
• Képfeldolgozás (pl. MRI feldolgozás)
• Adatbányászat, gépi tanulás
• Oktatás, laboratóriumi kísérletek

---

9. Példa: Beowulf cluster építése (áttekintő lépések)

1. Hardver:
   • Master + több slave gép
   • Ethernet switch
   • Hálózati kábelek
2. Szoftver:
   • Linux telepítése minden gépre
   • SSH beállítása jelszó nélküli kapcsolathoz
   • NFS megosztás (vagy más közös fájlrendszer)
   • MPI telepítése (pl. OpenMPI)
3. Tesztelés:
   • Tesztprogram futtatása több processzre
4. Ütemezés:
   • SLURM vagy Torque konfigurálása

---

10. Alternatívák és modern fejlesztések

Típus	Jellemző
Grid computing	Földrajzilag szétosztott rendszerek összekapcsolása
Cloud computing	AWS, GCP, Azure – rugalmas, de fizetős
Supercomputers	Egyedi építésű, drága rendszerek
Raspberry Pi cluster	Oktatási célú mini-fürt, alacsony fogyasztás

---

11. Beowulf jövője

Bár ma már a felhőalapú számítástechnika egyre népszerűbb, a Beowulf modellek továbbra is fontosak:

• Alacsony költségű HPC rendszerekhez
• Oktatásban (pl. egyetemek)
• Saját laboratóriumokban
• Lokális adatfeldolgozásra (pl. adatvédelem miatt)

---

12. Összegzés

Fogalom	Leírás
Beowulf cluster	Olcsó számítógépekből épített párhuzamos rendszer
Master/slave modell	Egy központi vezérlő és több végrehajtó csomópont
MPI	Párhuzamos programozási interfész üzenetküldésre
Linux + SSH + NFS	Tipikus szoftverkomponensek
Előny	Olcsó, rugalmas, tanulóbarát
Hátrány	Hálózati késleltetés, komplex beállítás
Használat	Kutatás, oktatás, szimulációk, adatfeldolgozás

További információk

• Beowulf cluster - Szótár.net (en-hu)
• Beowulf cluster - Sztaki (en-hu)
• Beowulf cluster - Merriam–Webster
• Beowulf cluster - Cambridge
• Beowulf cluster - WordNet
• Beowulf cluster - Яндекс (en-ru)
• Beowulf cluster - Google (en-hu)
• Beowulf cluster - Wikidata
• Beowulf cluster - Wikipédia (angol)