並列分散システムソフトウェア

　我々は光インタコネクションを用いた数ギガ bits/sec程度の性能をもつ次世代ネットワーク上で、PCやワークステーション群があたかも一つの並列計算機として利用できる環境技術の開発を行っています。ここでは、研究の背景を説明した後、簡単に我々の研究の紹介を行います。

　Fibre Channel、Memory Channel、SCI、Myrinetのような1ギガbits/sec程度の転送容量を持ち、数μsecから数100μsec程度の通信遅延を持つ高速ネットワークが出現しています。Memory ChannelやSCIのようにグローバルメモリアドレスあるいは分散共有メモリを支援するネットワークもあります。このようなネットワークハードウエアの動向にあわせて、ネットワーク上のワークステーションやパーソナルコンピュータを利用した並列コンピュータ、いわゆるワークステーションクラスタあるいはPCクラスタと呼ばれるシステムの開発が盛んです。我々は前期よりMyrinet上に独自のネットワークプロトコルを開発し、マルチユーザ環境を達成し、かつ超並列計算機に匹敵する性能を実現したワークステーションクラスタならびにPCクラスタを研究開発してきました（図１）。

　現状の多くのギガビット級ネットワークは、LAN環境ではなくSAN(System Area Network)を想定しているものが多いです。今後LAN環境においても高速ネットワークが出現していくと予想されます。高速ネットワークとクラスタリング技術により、分散システム環境において超並列コンピュータ並みの並列計算環境を実現することが可能になったと言えるでしょう。

　我々は将来のLANとして数ギガ bits/secから10ギガ bits/sec程度の通信容量の光ネットワークを想定した次世代並列分散システムである『シームレス並列分散システム』の構築を目指しております。シームレス並列分散システムとは、高速LAN上の分散環境において、ユーザのニーズに合った最適な計算パワーをネットワーク上の計算機群から引き出せるような分散システムをさします。実現されるシステムのイメージを、我々は「パーソナル万能スーパコンピュータ」という愛称で呼んでおります（図２）。

　シームレス並列分散システムは、光インタコネクション技術を用いて数ギガ bits/sec程度の性能を持つ通信路とスイッチ構造のネットワークルータにより任意の広がりを持つ高速LAN上で実現されます。ネットワーク上には、単一プロセッサあるいは共有メモリ型のワークステーションやパーソナルコンピュータが接続されます。個々のユーザは、ネットワーク上の計算資源から必要とする計算パワーを獲得できるようになります。すなわち、システムは動的に複数のコンピュータをクラスタリングして並列システム環境を提供します。アプリケーションの記述では、ネットワーク上に接続されている計算機構成に依存したプログラミングをしなくても、十分な効率が得られる環境が提供されることになります。

　シームレス並列分散システムが目指すのは、科学技術計算等の限定されたユーザが使用するコンピュータシステムではなく、誰もが使える環境です。最近のオフィス環境では、小規模システムから用途の変化に応じて大規模システムへと移行していくことが多いです。

例えば、パーソナルコンピュータ一台で始めたWWWサービスが、ユーザの増大に伴い中規模、大規模サーバへと移行していきます。シームレス並列分散システムは、このような計算需要の変化に対して新規サーバを導入するのではなく、ネットワーク上に計算機を接続していくことにより、需要の変化に応じることが可能となります。

　また、今後のオフィス分野におけるマルチメディア化に伴うマルチメディア情報探索、マルチメディア文書システムでは並列処理による高速化が必須となります。このようなシステムを全てのユーザが常に必要としているとは限らず、LAN上で空いている計算機を動的にクラスタリングして並列計算環境を提供することにより、過剰な計算機導入を抑えることが可能となります。

　複数の開発グループを抱えている研究開発の現場では、開発のフェーズの違いにより、グループが保有している計算資源の計算負荷にばらつきがあります。そのような状況では、比較的空いている計算資源を他のグループが保有している計算資源と共にクラスタリングして並列環境を提供することも可能となります。

　シームレス並列分散システムを構築するために必要な技術は、異機種並列分散システム上における仮想単一並列計算システムを構築するための技術であるといえます。異種性については、以下の4つを考えております。いずれも従来の単一の並列計算機システム上ではありえないが、分散環境という利用形態から生じる構成であります。

1. Performance Heterogeneity 同一プロセッサアーキテクチャで同一計算機構成であってもプロセッサの性能が異なる計算機を用いた並列処理システム。
2. Machine Configuration Heterogeneity 同一プロセッサアーキテクチャであっても、単一プロセッサ、SMPのように計算機構成が異なる計算機を用いた並列処理システム。
3. Operating System Heterogeneity 異なるオペレーティングが稼働している計算機を用いた並列処理システム。
4. Processor Heterogeneity Pentium, Sparc, Alpha, MIPSのようにプロセッサアーキテクチャが異なる計算機を用いた並列処理システム。

　これら異種性をユーザが意識することなく、プログラミングが可能で、最適実行が得られる処理系の開発を行っております。また、ネットワーク上のコンピュータ資源を動的にクラスタリングして一つの並列計算環境を提供するためのオペレーティングシステム環境の構築を行っております。