Проблема инфраструктурного обеспечения и его достаточности для вычислений остро стоит в настоящее время. Для решения проблемы нехватка инфраструктурных мощностей могут быть полезны алгоритмы и методы, оптимизирующие использование имеющейся инфраструктуры, с целью, например, максимальной утилизации каждого узла. В работе рассмотрены методы распределенных вычислений. Рассмотрены кластерные вычислительные системы, которые позволяют запускать распределенные вычислительные задачи. Рассмотрен метод организации архитектуры вычислительной среды и кластеров с очередью задач на выполнение, планировщиком задач и узлов, на которых производятся вычисления. Приведена классификация гетерогенных и гомогенных кластеров, а также различия в алгоритмах планирования на них. Произведено сравнение методов планирования и оркестрации задач в кластерах. Рассмотрены имеющиеся и предложены новые методы оптимизации распределенных вычислений в гетерогенной среде на базе алгоритмов оркестрации и планирования задач в соответствии с набором параметров и требований, необходимых для запуска задачи. Произведен анализ использования и применения соответствующих архитектур и методов оптимизации распределенных вычислений. Представлена математическая модель оптимизации вычислений на вычислительных кластерах. Спроектирован и реализован кластер по предложенной архитектуре. Реализованный кластер позволяет запускать задачи на вычисление и имеет планировщик задач, который планирует назначение задач на узлы кластера. В рамках кластера произведено сравнение работы методов и алгоритмов планирования задач. В работе подтверждена гипотеза ускорения вычислений (в том числе с использованием резервирования вычислений) за счет использования методов оптимизации.