集群技术及其教育科研应用

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1、集群技术及其教育科研应用【摘要】集群技术是一种较新的技术，通过集群技术，可以在付出较低成本的情况下获得在性能、可靠性、灵活性方面的相对较高的收益。本文力图对集群技术做一个简单的介绍。本文首先给出了集群的定义，阐述了采用集群技术的意义，对几种常见的集群类型进行了介绍，并在此基础上给出了一个集群在教育科研中的应用实例。【关键字】集群集群技术科学计算负载均衡HALBCLUSTER一、集群的定义广义上说，相互独立的一些系统构成了一个组就是集群。一个客户与集群相互作用时，集群的行为像是一个独立的系统一样。从狭义上讲，集群是一些相互独立的计算机，这些计算机作为一个整体对外提供服务。对于客户来

2、说，这些计算机的行为就好像一个计算机一样，但是其处理能力、可靠性、IO能力都得到了大幅的提升。二、采用集群的目的采用集群技术的目的可以概括为以下几个方面：提高性能.一些计算密集型应用，如：天气预报，核试验模拟等，需要计算机要有很强的运算处理能力，现有的技术，即使普通的大型机其计算也很难胜任，这时，一般都使用计算机集群技术，集中几十台甚至上百台计算机的运算能力来满足要求。提高处理性能一直是集群技术研究的一个重要目标之一。降低成本.通常一套象样的群集配置，其软硬件开销要超过$100,000。但与价值上百万美元的专用超级计算机相比已经相当便宜。在达到同样性能的条件下，采用计算机集群比采

3、用同等运算能力的大型计算机具有更高的性价比。提高规模扩展性（Scalabilitry）.目前，计划扩展系统能力的用户必须购买昂贵的最新的服务器，才能获得额外所需的CPU，驱动器和内存。如果该服务系统采用集群技术，则只需要将新的服务器加入集群中即可，对于客户来看，服务无论从连续性还是性能上都几乎没有变化，好像系统在不知不觉中完成了升级。增强可靠性.据统计每年由于系统停运，全美国损失40亿美元。在零售业，平均每次停运损失140000美元，保安业每次停运平均损失450000美元，集群技术使系统在故障发生时仍可以继续工作，将系统停运时间减到最小。集群系统在提高了系统的可靠性的同时，也大大

4、减小了故障损失。三、集群类型最常见的三种群集类型包括高性能科学群集、负载均衡群集和高可用性群集。1、科学群集科学集群是并行计算的基础。通常，科学群集涉及为群集开发的并行应用程序，以解决复杂的科学问题。科学集群对外就好像一个超级计算机，这种超级计算机内部由十至上万个独立处理器组成。但它却使用商业系统，并且在公共消息传递层上进行通信以运行并行应用程序。我们常常听说又有一种便宜的Linux超级计算机问世了。这种超级计算机实际上是一个计算机群集，其处理能力与真的超级计算机相仿，但是硬件以及运行维护费用要比真正的超级计算机低很多，具有极高的性价比。并行群集系统之所以可以达到如此高的带宽和低

5、延迟，是因为它们通常绕过使用网络协议，如TCP/IP。虽然网际协议对于广域网很重要，但它包含了太多的开销，而这些开销在节点相互已知的封闭网络群集中是不必要的。节点之间可以使用直接内存访问(DMA)来进行通讯，它类似于图形卡和其它外围设备在一台机器中的工作方式。因此横跨群集，可以通过任何节点上的任何处理器直接访问分布式共享内存。同样也可以使用低开销的消息传递系统，在节点之间进行通信。消息传递接口(MPI)是并行群集系统间消息传递层的最常见实现。MPI存在几种衍生版本，但在所有情况下，它为开发者访问并行应用程序提供了一个公共API，这样开发者就不必手工解决如何在群集的节点之间分发代码

6、段。2、负载均衡群集负载均衡群集为企业需求提供了更实用的系统。如名称所暗示的，负载均衡群集使负载可以在计算机群集中尽可能平均地分摊处理。负载通常包括应用程序处理负载和网络流量负载。这样的系统非常适合向使用同一组应用程序的大量用户提供服务。每个节点都可以承担一定的处理负载，并且可以实现处理负载在节点之间的动态分配，以实现负载均衡。对于网络流量负载，当网络服务程序接受了太多入网流量，以致无法迅速处理，这时，网络流量就会发送给在其它节点上运行的网络服务程序。同时，还可以根据每个节点上不同的可用资源或网络的特殊环境来进行优化。与科学计算集群一样，负载均衡群集也在多节点之间分发计算处理负载

7、。他们之间的最大区别在于缺少跨节点运行的单并行程序。大多数情况下，负载均衡群集中的每个节点都是运行单独软件的独立系统。但是，不管是在节点之间进行直接通信，还是通过中央负载均衡服务器来控制每个节点的负载，在节点之间都有一种公共关系。通常，使用特定的算法来分发该负载。网络流量负载均衡是一个过程，它检查到某个群集的入网流量，然后将流量分发到各个节点以进行适当处理。它最适合大型网络应用程序，如Web或FTP服务器。负载均衡网络应用服务要求群集软件检查每个节点的当前负载，并确定哪些节点可以