مخزن مؤقت للاندفاع

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

في بيئة الحوسبة عالية الأداء ، تُعدّ وحدة التخزين المؤقتة السريعة طبقة تخزين وسيطة سريعة تقع بين عمليات الحوسبة الأمامية وأنظمة التخزين الخلفية . وهي تسدّ فجوة الأداء بين سرعة معالجة عقد الحوسبة وعرض نطاق الإدخال/الإخراج لأنظمة التخزين. غالبًا ما تُبنى وحدات التخزين المؤقتة السريعة من مصفوفات من أجهزة تخزين عالية الأداء، مثل ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة (NVRAM) ومحركات الأقراص الصلبة ذات الحالة الصلبة ( SSD) . وعادةً ما توفر عرض نطاق إدخال/إخراج أعلى بمقدار يتراوح بين عشرة أضعاف ومئة ضعف مقارنةً بأنظمة التخزين الخلفية.

حالات الاستخدام

تُسرّع مخازن البيانات المؤقتة نقل البيانات العلمية على الحواسيب العملاقة . فعلى سبيل المثال، تتناوب دورات حياة التطبيقات العلمية عادةً بين مراحل الحساب ومراحل الإدخال/الإخراج. [ 1 ] أي بعد كل جولة حساب (مرحلة الحساب)، تقوم جميع عمليات الحوسبة بكتابة بياناتها الوسيطة بشكل متزامن إلى أنظمة التخزين الخلفية (مرحلة الإدخال/الإخراج)، تليها جولة أخرى من عمليات الحساب ونقل البيانات. مع استخدام مخازن البيانات المؤقتة، تستطيع العمليات كتابة بياناتها بسرعة إلى مخزن مؤقت بعد جولة حساب واحدة، بدلاً من الكتابة إلى نظام التخزين البطيء القائم على القرص الصلب، والانتقال مباشرةً إلى جولة الحساب التالية دون انتظار نقل البيانات إلى نظام التخزين الخلفي؛ [ 2 ] [ 3 ] ثم تُفرغ البيانات بشكل غير متزامن من مخزن البيانات المؤقت إلى نظام التخزين خلال جولة الحساب التالية. وبهذه الطريقة، يُخفى وقت الإدخال/الإخراج الطويل المُستغرق في نقل البيانات إلى نظام التخزين خلف وقت الحساب. بالإضافة إلى ذلك، يتيح تخزين البيانات مؤقتًا في مخزن مؤقت للبيانات المتدفقة للتطبيقات فرصًا عديدة لإعادة تنظيم حركة البيانات إلى أنظمة التخزين الخلفية، مما يُحسّن استخدام عرض النطاق الترددي لهذه الأنظمة. [ 4 ] [ 5 ] وفي حالة استخدام شائعة أخرى، يمكن للتطبيقات العلمية تخزين بياناتها الوسيطة مؤقتًا في مخزن البيانات المتدفقة وإخراجها منه دون التفاعل مع أنظمة التخزين الأبطأ. ويُمكّن تجاوز أنظمة التخزين التطبيقات من تحقيق أقصى استفادة من أداء مخزن البيانات المتدفقة. [ 6 ]

نماذج معمارية لمخازن البيانات المتفجرة

يوجد نوعان رئيسيان من بنى التخزين المؤقت للبيانات في بيئة الحوسبة عالية الأداء: التخزين المؤقت المحلي للعقدة والتخزين المؤقت المشترك عن بُعد. في بنية التخزين المؤقت المحلي للعقدة، يقع مخزن البيانات المؤقت على عقدة الحوسبة الفردية، وبالتالي يزداد عرض النطاق الترددي الإجمالي للتخزين المؤقت خطيًا مع عدد عقد الحوسبة. وقد وُثِّقت هذه الميزة المتعلقة بقابلية التوسع جيدًا في الدراسات الحديثة. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] كما أنها تتطلب استراتيجية قابلة للتوسع لإدارة البيانات الوصفية للحفاظ على مساحة اسم عالمية للبيانات الموزعة عبر جميع مخازن البيانات المؤقتة. [ 11 ] [ 12 ] أما في بنية التخزين المؤقت المشترك عن بُعد، فيقع مخزن البيانات المؤقت على عدد أقل من عقد الإدخال/الإخراج الموجودة بين عقد الحوسبة وأنظمة التخزين الخلفية. ويتطلب نقل البيانات بين عقد الحوسبة ومخزن البيانات المؤقت المرور عبر الشبكة. ويُسهِّل وضع مخزن البيانات المؤقت على عقد الإدخال/الإخراج التطوير والنشر والصيانة المستقلة لخدمة التخزين المؤقت. لذا، طُوِّرت العديد من البرامج التجارية المعروفة لإدارة هذا النوع من مخازن البيانات المؤقتة، مثل DataWarp وInfinite Memory Engine. ونظرًا لانتشار الحواسيب العملاقة المزودة بطبقات متعددة غير متجانسة من مخازن البيانات المؤقتة، مثل ذاكرة NVRAM على عقد الحوسبة، ومحركات أقراص الحالة الصلبة SSD على عقد الإدخال/الإخراج المخصصة، تبرز الحاجة إلى نقل البيانات بسلاسة عبر طبقات التخزين المتعددة. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

تم نشر أجهزة الكمبيوتر العملاقة المزودة بذاكرة تخزين مؤقتة للاندفاع

نظراً لأهميته، تم نشر مخزن البيانات المتفجرة على نطاق واسع في الحواسيب العملاقة الرائدة. على سبيل المثال، تم تثبيت مخزن بيانات متفجرة محلي على مستوى العقدة في حاسوب DASH العملاق في مركز سان دييغو للحوسبة الفائقة ، [ 16 ] وحواسيب Tsubame العملاقة في معهد طوكيو للتكنولوجيا ، وحواسيب Theta و Aurora العملاقة في مختبر أرغون الوطني ، وحاسوب Summit العملاق في مختبر أوك ريدج الوطني ، وحاسوب Sierra العملاق في مختبر لورانس ليفرمور الوطني ، وغيرها. كما تم اعتماد مخزن البيانات المتفجرة المشترك عن بُعد في حاسوب Tianhe-2 العملاق في المركز الوطني للحوسبة الفائقة في قوانغتشو ، وحاسوب Trinity العملاق في مختبر لوس ألاموس الوطني ، وحاسوب Cori العملاق في مختبر لورانس بيركلي الوطني، وحاسوب ARCHER2 العملاق في مركز إدنبرة للحوسبة المتوازية .

مراجع

  1. ↑ ليو، تشو؛ لوفستيد، جاي؛ وانغ، تينغ؛ يو، ويكوان (سبتمبر 2013). "دراسة حالة لإدارة الطاقة على مستوى النظام للتطبيقات العلمية". المؤتمر الدولي IEEE للحوسبة العنقودية (CLUSTER) لعام 2013. IEEE. الصفحات 1-8 . doi : 10.1109/CLUSTER.2013.6702681 . ISBN  978-1-4799-0898-1. S2CID 6156410 . 
  2. ↑ وانغ، تينغ؛ أورال، سارب؛ وانغ، ياندونغ؛ سيتلماير، براد؛ أتشلي، سكوت؛ يو، ويكوان (أكتوبر 2014). "BurstMem: نظام تخزين مؤقت عالي الأداء للتطبيقات العلمية". المؤتمر الدولي لهندسة الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) حول البيانات الضخمة (Big Data) لعام 2014. IEEE. الصفحات 71-79 . doi : 10.1109/BigData.2014.7004215 . ISBN  978-1-4799-5666-1. اوستي 1150929 . S2CID 16764901 .  
  3. ↑ ليو، نينغ؛ كوب، جيسون؛ كارنز، فيليب؛ كاروثرز، كريستوفر؛ روس، روبرت؛ غريدر، غاري؛ كروم، آدم؛ مالتزاهن، كارلوس (أبريل 2012). "حول دور مخازن البيانات المؤقتة في أنظمة التخزين من الفئة القيادية". وقائع ندوة IEEE الثامنة والعشرين حول أنظمة وتقنيات التخزين الضخم (MSST) . IEEE. الصفحات 1-11 . doi : 10.1109/MSST.2012.6232369 . ISBN  978-1-4673-1747-4. S2CID 9676920 . 
  4. ↑ وانغ، تينغ؛ أورال، سارب؛ بريتشارد، مايكل؛ وانغ، بين؛ يو، ويكوان (سبتمبر 2015). "TRIO: تنسيق الإدخال/الإخراج القائم على مخزن مؤقت متتابع". المؤتمر الدولي IEEE للحوسبة العنقودية 2015. IEEE. الصفحات 194-203 . doi : 10.1109/CLUSTER.2015.38 . ISBN  978-1-4673-6598-7. أوستي 1265517 . S2CID 12482308 .  
  5. ↑ كوجكاس، أنتوني؛ دورييه، ماثيو؛ لاثام، روب؛ روس، روب؛ صن، شيان-هي (مارس 2017). "الاستفادة من تنسيق مخزن البيانات المتفجرة لمنع تداخل الإدخال/الإخراج". المؤتمر الدولي الثاني عشر لعلوم الإلكترونيات (E-Science) لعام 2016. معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات. الصفحات 371-380 . doi : 10.1109/eScience.2016.7870922 . ISBN  978-1-5090-4273-9. أوستي 1366308 . S2CID 14514395 .  
  6. ↑ وانغ، تينغ؛ موهرور، كاثرين؛ مودي، آدم؛ ساتو، كينتو؛ يو، ويكوان (نوفمبر 2016). "نظام ملفات مؤقت ذو مخزن بيانات متقطع للتطبيقات العلمية". المؤتمر الدولي السادس عشر للحوسبة عالية الأداء والشبكات والتخزين والتحليل (SC16) . معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE). الصفحات 807-818 . doi : 10.1109/SC.2016.68 . ISBN  978-1-4673-8815-3. S2CID 260667 . 
  7. ↑ "BurstFS: نظام ملفات مخزن مؤقت موزع للتطبيقات العلمية" (PDF) . نوفمبر 2015.
  8. ↑ مودي، آدم؛ برونيفيتسكي، جريج؛ موهرور، كاثرين؛ سوبينسكي، برونيس ر. دي (نوفمبر 2010). "تصميم ونمذجة وتقييم نظام نقاط تفتيش متعدد المستويات قابل للتوسع". المؤتمر الدولي لعام 2010 التابع لجمعية آلات الحوسبة/معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات للحوسبة عالية الأداء والشبكات والتخزين والتحليل . جمعية آلات الحوسبة. الصفحات 1-11 . doi : 10.1109/SC.2010.18 . ISBN  978-1-4244-7557-5. S2CID 7352923 . 
  9. ↑ راجاتشاندراسيكار، راغوناث؛ مودي، آدم؛ موهرور، كاثرين؛ باندا، داباليسوار ك. (DK) (يونيو 2013). "نظام ملفات بسرعة 1 بيتابايت/ثانية لنقاط التفتيش لثلاثة ملايين مهمة MPI" (ملف PDF) . وقائع الندوة الدولية الثانية والعشرين حول الحوسبة المتوازية والموزعة عالية الأداء - HPDC '13 . ACM. ص 143. doi : 10.1145/2493123.2462908 . ISBN  9781450319102.
  10. ↑ تشاو، دونغ فانغ؛ تشانغ، تشاو؛ تشو، شياوبينغ؛ لي، تونغلين؛ وانغ، كي؛ كيمبي، دريس؛ كارنز، فيليب؛ روس، روبرت؛ رايكو، إيوان (أكتوبر 2014). "FusionFS: نحو دعم التطبيقات العلمية كثيفة البيانات على أنظمة الحوسبة عالية الأداء واسعة النطاق". المؤتمر الدولي لهندسة الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) حول البيانات الضخمة (Big Data) لعام 2014. IEEE. الصفحات 61-70 . doi : 10.1109/BigData.2014.7004214 . ISBN  978-1-4799-5666-1. S2CID 5288472 . 
  11. ↑ وانغ، تينغ؛ مودي، آدم؛ تشو، يو؛ موهرور، كاثرين؛ ساتو، كينتو؛ إسلام، تانزيما؛ يو، ويكوان (مايو 2017). "MetaKV: مخزن قيم مفتاحية لإدارة البيانات الوصفية لمخازن البيانات الموزعة". ندوة IEEE الدولية للمعالجة المتوازية والموزعة (IPDPS) لعام 2017. IEEE. الصفحات 1174-1183 . doi : 10.1109/IPDPS.2017.39 . ISBN  978-1-5386-3914-6. S2CID 8148699 . 
  12. ↑ لي، تونغلين؛ تشو، شياوبينغ؛ براندستاتر، كيفن؛ تشاو، دونغفانغ؛ وانغ، كي؛ راجندران، أنوبام؛ تشانغ، تشاو؛ رايكو، إيوان (مايو 2013). "ZHT: جدول تجزئة موزع خفيف الوزن وموثوق به ومستمر وديناميكي وقابل للتوسع بدون قفزة". المؤتمر الدولي السابع والعشرون لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات حول المعالجة المتوازية والموزعة لعام 2013. معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات. الصفحات 775-787 . CiteSeerX 10.1.1.365.7329 . doi : 10.1109/IPDPS.2013.110 . ISBN   978-1-4673-6066-1. S2CID 16614868 . 
  13. ↑ وانغ، تينغ؛ بينا، سورين؛ دونغ، بين؛ تانغ، هوجون (سبتمبر 2018). "UniviStor: تخزين هرمي وموزع متكامل للحوسبة عالية الأداء". المؤتمر الدولي IEEE للحوسبة العنقودية (CLUSTER) لعام 2018. IEEE. الصفحات 134-144 . doi : 10.1109/CLUSTER.2018.00025 . ISBN  978-1-5386-8319-4. S2CID 53235423 . 
  14. ↑ "هيرميس: نظام تخزين مؤقت متعدد المستويات وموزع للإدخال/الإخراج يراعي عدم التجانس" . ACM. يونيو 2018. doi : 10.1145/3208040.3208059 . S2CID 47019714 . {{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  15. ↑ تانغ، هوجون؛ بينا، سورين؛ تيسييه، فرانسوا؛ وانغ، تينغ؛ دونغ، بين؛ مو، جينغتشينغ؛ كوزيول، كوينسي؛ سومان، جيروم؛ فيشواناث، فينكاترام؛ ليو، جيالين؛ وارين، ريتشارد (مايو 2018). "نحو إدارة بيانات قابلة للتوسع وغير متزامنة تتمحور حول الكائنات للحوسبة عالية الأداء". المؤتمر الدولي الثامن عشر لعام 2018 لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات/رابطة مكائن ​​الحوسبة حول الحوسبة العنقودية والسحابية والشبكية (CCGRID) . معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات. الصفحات 113-122 . doi : 10.1109/CCGRID.2018.00026 . ISBN  978-1-5386-5815-4. S2CID 13811397 . 
  16. ↑ هي، جياهوا؛ جاغاتيسان، أرون؛ غوبتا، سانديب؛ بينيت، جيفري؛ سنافيلي، آلان (نوفمبر 2010). "DASH: وصفة لحاسوب فائق كثيف البيانات قائم على ذاكرة فلاش" (ملف PDF) . المؤتمر الدولي لعام 2010 التابع لجمعية ACM/IEEE للحوسبة عالية الأداء والشبكات والتخزين والتحليل . ACM. الصفحات 1-11 . doi : 10.1109/SC.2010.16 . ISBN  978-1-4244-7557-5. S2CID 7349294 .