مجموعة بيوولف

مجموعة بيوولف هي مجموعة حاسوبية تتكون عادةً من حواسيب متطابقة من النوع التجاري، متصلة بشبكة محلية صغيرة ، مع تثبيت مكتبات وبرامج تسمح بمشاركة المعالجة بينها. والنتيجة هي مجموعة حاسوبية متوازية عالية الأداء باستخدام أجهزة حاسوب شخصية رخيصة الثمن . ^{[ 1 ]}

كان مصطلح بيوولف في الأصل يشير إلى جهاز كمبيوتر محدد تم بناؤه عام 1994 بواسطة توماس ستيرلينغ ودونالد بيكر في وكالة ناسا . ^{[ 2 ]} وقد أطلقوا عليه هذا الاسم تيمناً بالملحمة الإنجليزية القديمة بيوولف . ^{[ 3 ]}

لا يوجد برنامج محدد يُعرّف مجموعة الحواسيب بأنها "بيوولف". عادةً ما تُستخدم البرامج المجانية والمفتوحة المصدر فقط ، وذلك لتوفير التكاليف ولإتاحة التخصيص. تعمل معظم مجموعات "بيوولف" بنظام تشغيل شبيه بنظام يونكس ، مثل BSD أو لينكس أو سولاريس . تشمل مكتبات المعالجة المتوازية الشائعة الاستخدام واجهة تمرير الرسائل (MPI) والآلة الافتراضية المتوازية (PVM). تسمح كلتاهما للمبرمج بتقسيم مهمة ما بين مجموعة من أجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة، وجمع نتائج المعالجة. من أمثلة برامج MPI: Open MPI و MPICH . تتوفر تطبيقات MPI إضافية.

تُستخدم أنظمة بيوولف في جميع أنحاء العالم، وخاصةً في دعم الحوسبة العلمية . منذ عام 2017، اعتمدت جميع الأنظمة المدرجة في قائمة Top500 لأسرع الحواسيب العملاقة في العالم على برمجيات بيوولف ونظام تشغيل لينكس . مع ذلك، فإن معظم هذه الأنظمة ليست مجرد تجميعات من مكونات مادية عادية؛ إذ يتطلب الأمر في كثير من الأحيان تصميمًا مخصصًا للعُقد (غالبًا ما تكون خوادم شفرية )، والشبكات، وأنظمة التبريد.

وصف لمجموعة بيوولف، من "كيفية القيام بذلك" الأصلية، والتي نشرها جاك راداجيفسكي ودوغلاس إيدلاين ضمن مشروع توثيق لينكس في عام 1998: ^{[ 4 ]}

بيوولف عبارة عن بنية حاسوبية متعددة تُستخدم للحسابات المتوازية . يتكون هذا النظام عادةً من عقدة خادم واحدة، وعقدة عميل واحدة أو أكثر متصلة عبر الإيثرنت أو أي شبكة أخرى. وهو نظام مبني باستخدام مكونات أجهزة قياسية، مثل أي حاسوب شخصي قادر على تشغيل نظام تشغيل شبيه بنظام يونكس ، مع محولات ومفاتيح إيثرنت قياسية. لا يحتوي على أي مكونات أجهزة مخصصة، ويمكن إعادة إنتاجه بسهولة. يستخدم بيوولف أيضًا برامج قياسية مثل أنظمة التشغيل FreeBSD أو Linux أو Solaris، بالإضافة إلى الآلة الافتراضية المتوازية ( PVM ) وواجهة تمرير الرسائل ( MPI ). تتحكم عقدة الخادم في المجموعة بأكملها وتُقدم الملفات إلى عقد العميل. كما أنها بمثابة وحدة تحكم المجموعة وبوابتها إلى العالم الخارجي. قد تحتوي أجهزة بيوولف الكبيرة على أكثر من عقدة خادم، وربما عقد أخرى مخصصة لمهام محددة، مثل وحدات التحكم أو محطات المراقبة. في معظم الحالات، تكون عقد العميل في نظام بيوولف بسيطة، وكلما كانت أبسط كان ذلك أفضل. يتم تكوين العُقد والتحكم بها بواسطة عقدة الخادم، ولا تقوم إلا بما يُطلب منها. في تكوين العميل بدون قرص، لا تعرف عقدة العميل حتى عنوان IP الخاص بها أو اسمها إلا بعد أن يُخبرها الخادم بذلك.

يتمثل أحد الفروق الرئيسية بين نظام بيوولف ومجموعة محطات العمل (COW) في أن بيوولف يعمل كجهاز واحد وليس كمجموعة من محطات العمل. في معظم الحالات، لا تحتوي عقد العميل على لوحات مفاتيح أو شاشات، ويتم الوصول إليها فقط عبر تسجيل الدخول عن بُعد أو ربما عبر منفذ تسلسلي. يمكن اعتبار عقد بيوولف بمثابة وحدة معالجة مركزية وذاكرة يمكن توصيلها بالمجموعة، تمامًا كما يمكن توصيل وحدة المعالجة المركزية أو وحدة الذاكرة باللوحة الأم.

بيوولف ليس حزمة برمجية خاصة، ولا بنية شبكة جديدة، ولا أحدث تعديل لنواة النظام. بيوولف تقنية لتجميع الحواسيب لتشكيل حاسوب فائق افتراضي متوازٍ. على الرغم من وجود العديد من حزم البرامج، مثل تعديلات النواة ومكتبات PVM وMPI وأدوات التهيئة، التي تجعل بنية بيوولف أسرع وأسهل في التهيئة وأكثر قابلية للاستخدام، إلا أنه يمكن بناء جهاز من فئة بيوولف باستخدام توزيعة لينكس قياسية دون أي برامج إضافية. إذا كان لديك جهازان متصلان بشبكة ويتشاركان على الأقل /homeنظام الملفات عبر NFS ، ويثق كل منهما بالآخر لتنفيذ أوامر طرفية عن بُعد ( rsh )، فيمكن القول إن لديك جهاز بيوولف بسيطًا ثنائي العقد.

أنظمة التشغيل

اعتبارًا من عام 2014تم تصميم عدد من توزيعات لينكس ، وتوزيعة واحدة على الأقل من توزيعات بي إس دي ، لإنشاء مجموعات بيوولف. وتشمل هذه التوزيعات ما يلي:

• MOSIX ، موجه نحو التطبيقات كثيفة الحساب ومنخفضة الإدخال/الإخراج ^{[ 5 ]}
• توزيع تجمعات الصخور ، أحدث إصدار 2017 ^{[ 6 ]}
• نظام التشغيل DragonFly BSD ، أحدث إصدار 2024 ^{[ 7 ]}
• نظام التشغيل PelicanHPC ، المبني على Debian Live . على الرغم من مروره بفترة طويلة دون إصدارات رئيسية بعد عام 2016، فقد استؤنف التطوير، مع إصدار تحديثات في السنوات اللاحقة، بما في ذلك النشاط الأخير الذي تم الإبلاغ عنه في عام 2025. ^{[ 8 ]}

لم تعد العناصر التالية مدعومة:

• كيريجيد (نهاية العمر: 2013)
• OpenMosix (نهاية الدعم: 2008)، ^{[ 9 ]} مشتق من MOSIX
• نظام التشغيل ClusterKnoppix ، وهو نظام مشتق من نظام التشغيل Knoppix ، المشتق بدوره من OpenMosix
• أحدث إصدار من نظام التشغيل Quantian OS لعام 2006، وهو قرص DVD مباشر مع تطبيقات علمية، تمت إعادة تصميمه من Knoppix ^{[ 10 ]}

يمكن إنشاء مجموعة حاسوبية باستخدام أقراص Knoppix القابلة للتشغيل مع OpenMosix . ستتصل الحواسيب تلقائيًا ببعضها، دون الحاجة إلى إعدادات معقدة، لتشكيل مجموعة Beowulf التي تستخدم جميع وحدات المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي في المجموعة. تتميز مجموعة Beowulf بقابلية التوسع لتشمل عددًا غير محدود تقريبًا من الحواسيب، ولا يحدها سوى حجم البيانات الإضافية للشبكة.

يمكن أتمتة عملية توفير أنظمة التشغيل والبرامج الأخرى لمجموعة بيوولف باستخدام برامج مثل موارد تطبيقات المجموعات مفتوحة المصدر ( OSCAR). يتم تثبيت OSCAR فوق تثبيت قياسي لتوزيعة لينكس مدعومة على العقدة الرئيسية للمجموعة.

• مجموعة أيارا
• الحوسبة الشبكية
• إتش تي كوندور
• بيئة اختبار أثلون لينكس في كنتاكي
• جدولة مجموعة ماوي
• موارد تطبيقات مجموعة المصادر المفتوحة
• محرك شبكة أوراكل
• مجموعة بلاي ستيشن 3
• حاسوب ستون سوبر

• الحوسبة العنقودية باستخدام نظام ويندوز، بقلم توماس لورانس ستيرلينغ، 2001، رقم ISBN 0262692759مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
• الحوسبة العنقودية باستخدام لينكس، بقلم توماس لورانس ستيرلينغ، 2001، رقم ISBN 0262692740مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

• موقع مجموعة بيوولف
• وصف تفصيلي لبناء مجموعة بيوولف