第6章 机群计算的实现

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1、第6章机群计算的实现1．机群系统一般结构----机群（cluster）系统是互相连接的多个独立计算机的集合，这些计算机可以是单机或多处理器系统（PC、工作站或SMP），每个结点都有自己的存储器、I/O设备和操作系统。机群对用户和应用来说是一个单一的系统，它可以提供低价高效的高性能环境和快速可靠的服务。----机群系统包括下列组件：高性能的计算结点机（PC、工作站或SMP）。具有较强网络功能的微内核操作系统。高效的网络/交换机（如千兆位以太网和Myrinet）。网卡（NICs）。快速传输协议和服务。中间件层，其中包括某些支持硬件，如数字

2、存储通道、硬件分布共享存储器及SMP技术；应用，如系统管理工具和电子表格；运行系统，如软件分布共享存储器和并行文件系统；资源管理和调度软件等。并行程序设计环境与工具，如编译器、语言环境、并行虚拟机（PVM）和消息传递接口（MPI）等。应用，包括串行和并行应用程序。----2．组建机群系统的需求和功能----机群组建时应考虑下面的需求和功能：较高带宽的网络，以支持通信需求；低延迟的通信机制；支持高带宽的多点传送通信方式；自动恢复网络和结点错误的能力；标准的低级原语，支持通信、同步和时序；异构的远程过程调用，以隐藏体系结构、协议和系统的不

3、同性；实时性能监视器；可靠的批处理工作调度程序；分布应用程序开发工具；支持传统的高级语言进行异构计算；能够开发工作站机群的应用程序；新的系统管理工具；发展标准化，以保护软件投资。----3．机群系统与其他系统的比较----一个典型机群系统和其他类型系统的对比可参看下表。基本类型----机群系统可以按照应用或结构进行分类。----1．按应用目标----可分为面向科学计算型或面向关键任务应用型：高性能机群（highperformancecluster）；高可用性机群（highavailabilitycluster）。----2．按组成机群

4、的处理机类型PC机群；工作站机群；SMP（对称多处理器）机群。----3．按处理机操作系统Linux机群，如Beowulf；Solaris机群，如BerkeleyNOW；NT机群，如HPVM；AIX机群，如IBMSP2；数字VMS（虚拟存储机）机群；HP-UX机群；微软Wolfpack机群。----4．按处理机的配置同构型机群：所有结点拥有近似的构造和相同的操作系统；非同构型机群：所有结点拥有不同的构造和不同的操作系统。----5．按处理机的位置和数量组机群，结点数量为2～99，通过SANs（系统级网络），如Myrinet，机群实际上

5、装入一个机箱中或存在一个范围之内；部门机群，结点数量为几十或几百；企业机群，结点数量为几百。----6．按构筑机群的方式专用机群；非专用机群。----极高的性能价格比使专用机群深受欢迎。专用机群----专用机群一般由一组同构的处理机组成（有时也有异构情况），通常安装在一个机房内，或者将主板等安装在一个机柜的各机箱中（商业机群常用这种方式），或像图中那样简单地把PC机堆砌在机架上（PilesofPC）。在这种机群中，每个处理机都是专用的、无属主的，由系统管理员统一管理，用户可通过前端机进行访问，用户无需知道机群的详情，就像使用MPP机一

6、样，易于配置和管理，不受外界干扰，通信可靠且延迟小，适合于面向加速比的并行任务和面向吞吐量批处理作业。专用机群具有相对结构和管理简单、易于扩展等特点，用途极广。----专用机群的互联结构通常有以下两种方式：----I/O方式包括普通用LAN、FDDI、ATM等网络连接和共享磁盘连接两种方式。----共享存储器方式包括全局共享存储器方式和分布式共享存储器方式。分布式存储器指没有一个集中的存储器，由各处理机内一部分存储器通过软件机制形成。----1994年夏，美国的研究人员建成了第一个Beowulf机群，它由16个DX4处理机组成。199

7、7年，又推出了16个基于PⅡ的机群，只需花费5万美元却具有每秒10亿次的浮点运算能力，而购买具有相同能力并行机的投资数却是它的10倍。Berkeley的NOW系统也是较早的工作站机群，由上百个SunUltra工作站组成，集成到19英寸机箱中，可使用Myrinet、ATM和终端集中器等多种互联手段，每个结点自带512K缓存、128M内存及2个2.3G硬盘。----此外，各大公司推出的商业专用机群还有很多，如DEC的VMS机群和TruCluster、惠普的Apollo9000机群、IBM的Sysplex、Sun的SolarisMC等。--

8、--在国内，曙光公司最新推出了基于NT的天潮系列机群产品，是采用分布式存储的可扩展机群体系。其结点处理器为IntelPⅡ和PⅢ，通过千兆位以太网互联，扩展性好，结点可根据不同的应用，动态地分为多个结点池，如可用两个结点作