局域网络并行计算环境的建立及并行处理管理策略研究

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1、局域网络并行计算环境的建立及并行处理管理策略研究王玲玲李元香（武汉大学软件工程国家重点实验室，430072）(wlingling00@sina.comyxli@whu.edu.cn)摘要本文讨论了一种在现有局域网上建立并行环境的方法，提出了半机群系统的概念，并研究了在半机群系统中的并行处理管理策略。关键词并行环境，并行处理，策略，资源分配引言我们身处在一个信息爆炸的时代信息爆炸的时代，现实世界越来越多的信息带来越来越庞大的需要存储、处理的数据。并行处理方法是一种快速处理海量数据的有效方法。但是，由于高性能计算机价格昂贵，并不便于普及。近年来，由于个人计算机的性能不断

2、提高，价格持续下降，同时网络技术飞速发展，并行机群系统（NOW，NetworkofWorkstation）替代高性能计算机，成为并行处理领域的关注焦点。机群系统是利用通用的高速网络，将一组高性能工作站或高档PC机按某种结构连接起来，统一调度、协调处理，实现高效并行处理的系统。并行机群系统具有性价比高，易于组建，无工作站同构性要求，可扩展性强等优点，得到了越来越广泛的应用。并行机群系统最方便的源泉就是局域网，可以说局域网是天然的并行机群系统，只需要对于局域网的组网和管理策略，以及相应的软件系统作一些修改，就可以很容易地改造成为一个并行机群系统。这里，我们研究的就是局域

3、网上并行系统的建立，同时提出了一种任务调度策略。一、局域网络、机群系统及半机群系统1．局域网和机群系统通常局域网有以下的特点：①为一个单位所有；②所有的站点共享较高的总带宽；③较低的时延和较低的误码率；④各站为平等关系而不是主从关系；⑤能进行广播或多播。机群系统结构通常具有的特点：①构成系统的所有节点都是可以独立使用的计算机；②连接各个节点的互连网络提供节点间高性能、高可靠和可扩展的通信服务；③整个系统在所有用户看来就是一个整体，用户使用此系统时，就好像是在使用一台具有高性能配置的单一计算机系统。④整个系统具有健壮性。当一个或几个节点出现故障时，这个系统只是性能降低

4、，不会停机。2．半机群系统1比较局域网和机群系统我们可以看到，两者在很大程度上具有相似性，将局域网改造成机群系统，以适用较大规模并行计算的需求，是比较方便的。同时我们也应该看到局域网和通常意义上的机群系统的区别：局域网中的节点机主要还是用来作为个人计算机使用，这是它的最主要功能；而通常机群系统中的节点机可以没有显示器、键盘等等外设，主要作为存储计算节点来使用。我们改造局域网成为机群系统使其能充分利用空闲资源来处理并行计算问题，很大程度上是为了使现有局域网功能更强大，也更方便用于并行计算，而不是将它彻底改造成一个机群系统，因此，这里我们称它为半机群系统。半机群系统具有

5、以下特点：⑴机群系统从本质上来说更倾向于一个局域网，因为其主要的功用还是提供给各联机用户联网计算机，在通常情况下，与普通的局域网没有什么区别。⑵系统应提供一套完整而统一的并行处理平台。当要使用此系统进行并行计算时，此平台会给用户提供方便的使用界面，并分配网络资源，使用户可以使用几乎整个系统来进行并行处理。因此，它具有机群系统的特点。⑶系统统一管理所有工作站，工作站资源的使用对用户透明。用户请求并行处理后，由系统按用户需求分配资源，用户无从知晓自己现在使用的具体是哪里的资源。这一点，对于局域网中信息保密是十分重要的。用户虽然可以使用其它工作站的CPU及其它有限的资源，

6、但是，不可以从其他工作站获得私有信息。这样就保证了联机用户的信息不被泄漏。3．将局域网改造成半机群系统这里我们以一个实验室局域网为例，来说明我们需要进行的改造：服务器集线器工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站现有的局域网很多都有文件服务器，我们可以直接利用它兼作并行处理服务器，如果局域网中都是平等的工作站，没有如图所示的专用服务器，那么我们就要选择一个安全级别最高的工作站，最好性能也是较高，来承担服务器的工作，或者单独设置一台工作站专做服务器，除此以外，不需要对网络结构作任何修改。然后就是软件和工作站的管理问题了。4．在半机群系统上进行并行计算系统上的任

7、何一个工作站都可以向服务器申请并行计算服务，也可以从服务器直接使用系统进行并行计算。对于并行计算任务的管理由专门的软件负责，系统的并行管理策略在下一小节具体介绍。2二、并行处理管理策略并行处理管理策略，是整个系统的最重要的部分。软件平台就是根据此策略进行设计的，其内容包括以下几个部分：1．承担并行处理管理的软件平台软件平台分为服务器端平台及工作站端平台。平台应设计为可以在多种操作系统下使用的，并可与运行于另一不同操作系统上的平台通信的通用平台，可以运行在如WIN9X，WINNT，及LINUX上。软件平台分为后台和前台两部分：后台程序为本机与服务器及其它工作站的通