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Präsentation/TINF20C_Betriebssysteme_HPC.pptx
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TOP500_202106.xlsx
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\chapter{Definition HPC}\label{ch:definition-hpc}
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% TODO
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54
content/01_hardware.tex
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\chapter{Hardware}\label{ch:hardware}
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[width=\textwidth]{images/Top500-Architecture}
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\caption{Top500 Architektur Statistik}
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\label{fig:top500-architecture}
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\end{figure}
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\section{Arten der Nodes}\label{sec:arten-der-nodes}
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\subsection{Head Node}\label{subsec:head-node}
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Der Head Node oder auch Master Node stellt die Benutzerumgebung zur Verfügung.
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Dieser verteilt auch die Aufgaben an die Nodes und überwacht deren Zustand, also deren Verfügbarkeit.
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Der Nutzer kann dabei selbst entscheiden wie viele Nodes welche Aufgabe bearbeiten.
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Über den Head Node läuft auch die Verbindung zum Internet.
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Der Head Node Verfügt über eine schnelle Verbindung zum Netzwerk, um mit der Geschwindigkeit der PCs mitzuhalten.
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\subsection{Interactive Node}\label{subsec:interactive-node}
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Manche Cluster verfügen über Interactive Nodes.
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Diese können direkt wie ein gewöhnliches Remote-access Unix System angesteuert werden, ohne über den Head Node angesprochen zu werden.
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Ansonsten arbeiten diese und sind ans Netzwerk wie gewöhnliche Compute Nodes angeschlossen.
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\subsection{Compute Node}\label{subsec:compute-node}
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Für die Ausführung der einzelnen Rechenoperationen zuständig.
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Arbeitet zugeteilte Aufgabe oder Teilaufgabe ab.
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\section{Netzwerk}\label{sec:netzwer}
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Jeder Node inklusive des Head Nodes verfügt über einen Port mit diesem ist er über eine Lan an einen Switch angeschlossen.
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Ethernet und InfiniBand sind dabei die am häufigsten verwendeten Verbindungsarten für HPCs.
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\begin{figure}
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\centering
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\includegraphics[width=\textwidth]{images/Top500-Interconnect-Statistic}
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\caption{Top500 Interconnect Statistik}
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\label{fig:top500_interconnect}
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\end{figure}
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\section{Speicher}\label{sec:speicher}
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\subsection{Shared Memory}\label{subsec:shared-memory}
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Mehrere Prozessoren teilen sich den Speicher einer Globalen Speichereinheit.
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Die Verbindung läuft über einen High-Speed Memory Bus.
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Dies ermöglicht den Zugriff auf Daten zu teilen und Daten effizient auszutauschen.
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Die Anzahl der teilnehmenden Prozessoren an diesem System ist dabei typischer Weise von dem begrenzt, da die zu verarbeitende Datenmenge von der Bandbreite des Memory Buses, der die Prozessoren verbindet, begrenzt wird.
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\subsection{Distributed Memory}\label{subsec:distributed-memory}
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Jeder Node hat Zugriff auf seinen eigenen Speicher.
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Das System gleicht dabei einem Verbund von selbstständig arbeitenden Computern, die zusammenarbeiten, um ein Problem zu lösen.
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Der Zugriff auf den lokalen Speicher eines Computers ist dabei sehr schnell.
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Der Zugriff auf andere Speicher geht über ein high-speed Verbindungsnetzwerk.
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\subsection{Mixed Shared/Distributed Memory}\label{subsec:mixed-shared/distributed-memory}
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Die neuste Art der Speicherverwaltung ist eine Mischung der beiden Systeme.
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Dabei sind die Nodes in Gruppen aufgeteilt beliebiger Größe, die sich den Speicher teilen.
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Die Gruppen der Nodes sind dabei wiederum über eine Highspeed Verbindung mit den anderen Nodes verbunden um auf den Speicher zugreifen zu können.
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\chapter{Hardware}\label{ch:hardware}
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% TODO
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27
content/03_vor_-_nachteile.tex
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\chapter{Vor- und Nachteile}\label{ch:vor-und-nachteile}
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\section{Vorteile}\label{sec:vorteile}
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\paragraph{Geringere Kosten}
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Da PCs immer günstiger werden ist es mittlerweile im Verhältnis zu einem Supercomputer deutlich günstiger eine große Anzahl von Prozessoren zu kaufen.
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\paragraph{Rechenleistung}
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Die parallele Prozessverarbeitung von HPC ermöglicht, da es kostengünstiger ist, eine höhere Anzahl von Einheiten zu kaufen und dadurch für den gleichen Preis ein höhere Rechenleistung zu erhalten.
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\paragraph{Skalierbarkeit}
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Einer der größten Vorteile der HPC ist die Skalierbarkeit, die man erhält.
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Im Gegensatz zu gewöhnlichen Computern mit festgesetzter Prozessorleistung kann man hier leicht durch Anfügen weiterer Nodes diese erhöhen.
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\paragraph{Verbesserte Netzwerktechnologie}
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Durch die Weiterentwicklung von Clustersystemen wurden auch Netzwerktechnologien weiterentwickelt, auch der Preis dieser sinkt Dank deren Fortschritts.
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Clustersysteme sind häufig mit einem einzigen virtual local area network (VLAN) verbunden.
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Jeder Computer wird dann als eigenständiger Node behandelt.
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Information kann sehr gut durch dieses Netzwerk übertragen werden mit wenig Störungen.
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Was garantiert, dass es zu keinen Verzögerungen kommt.
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\paragraph{Availability}
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Wenn ein Mainframe Computer abstürzt, fällt das ganze System aus.
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In einem HPC dagegen können die Aufgaben an einen anderen Node weitergeleitet werden, was eine sehr gute Ausfallsicherheit gewährleistet und Verzögerungen gering ausfallen.
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\section{Nachteile}\label{sec:nachteile}
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Sehr hohe Latenzzeit im Vergleich zu einem Supercomputer.
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Da die Nodes mit dem Head Node kommunizieren müssen, kann es zum Datenstau kommen.
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\chapter{Vor- und Nachteile}\label{ch:vor--und-nachteile}
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% TODO
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@ -6,11 +6,11 @@
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\includegraphics[width=0.4\textwidth]{images/TSY-transparent}
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\includegraphics[width=0.4\textwidth]{images/TSY-transparent}
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\hspace{1 cm}
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\hspace{1 cm}
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\includegraphics[width=0.4\textwidth]{images/TSY-transparent} % TODO
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\includegraphics[width=0.4\textwidth]{images/Heidelberger-Druckmaschinen}
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\par\vspace{0.5cm}
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\par\vspace{1.5cm}
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\includegraphics[width=0.4\textwidth]{images/dhbw-stuttgart}
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\includegraphics[width=0.7\textwidth]{images/dhbw-stuttgart}
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\par\vspace{2cm}
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\par\vspace{1.5cm}
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{\LARGE \institutionName \par}
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{\LARGE \institutionName \par}
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7
main.tex
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% Kapitel
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\cleardoublepage
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\cleardoublepage
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\input{content/00_einleitung.tex}
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\input{content/00_einleitung.tex}
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\include{content/01_definition}
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\include{content/01_hardware}
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\include{content/02_hardware}
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\include{content/02_software}
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\include{content/03_software}
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\include{content/03_vor_-_nachteile}
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\include{content/04_vor_-_nachteile}
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% Literatur
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% Literatur
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\cleardoublepage
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\cleardoublepage
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