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1、高性能计算系统方案设计第1章需求分析1.1高性能计算的和大规模数据处理的应用高性能计算作为一种先进的科研手段，在国内的应用发展很快，得到了普遍的重视，近年來国家投入逐年加大。高性能计算的应用条件已经成熟，表现在：♦价格相对低廉的高性能机群系统为高性能计算应用提供了物质基础；♦高性能计算应用的技术门槛逐渐降低；♦国家鼓励相关单位做高性能计算的研究，相关投入不断加大；♦很多高校的科研人员使川高性能计算手段，取得了很好的成果。1.1.1计算机架构由于各学科高性能计算应用软件种类繁多，各种软件的应用特点也各不相同，对计算资源的需求存在差别，方案的设计需要
2、充分考虑到实际应川的特点。作为高性能计算基础设施的核心，现代高性能计算机的发展从20世纪70年代的向最计算机开始，也己经有了30年的发展丿力程。先后出现了向量机、多处理器并行向量机、MPP人规模并行处理机、SMP对•称多处理机、DS.M分布式共享存储计算机、Constellation星群系统、Cluster集群系统、混和系统等多种主体的架构，并分别在不同的时期占据着应用的主流。开放的Cluster集群系统具有较多的优势，已经占据了目前高性能计算机的主流位置，在T0P500中占据了约80%的份额，在小小规模的高性能计算系统中更是占据统治地位。Arc
3、hitectureShareOverTime1993-20091.1.2软件的并行特点按照应用程序是否为并行程序，可以分为如下几类：♦串行程序程序运行屮只有一个进程或线程。串行程序不能利用高性能计算机多个处理器的并行特点，但可以同时运行程序的多个任务或算例。♦共享内存并行程序程序运行中可以冇多个进程或多个线程，可以使用多个处理器进行并行计算。但这种并行程序不能在分布式内存的机群系统上运行。♦消息传递并行程序消息传递式并行程序可以在所冇架构的计算机上运行，可以同时使用数忖很多的处理器，以加速程序的运行。在高性能集群系统上，各种程序都可以运行，可以使
4、用集群系统的一个CPU,—个节点或多个节点。1.13互连网络高性能计算系统的互连网络包插计算网络，数据io网络，管理监控网络等。对■于并行程序來说，进程之间的通信量也有着显苦差别。对于进程间通信量较小的程序来说，使用高性价比的千兆以太网就可以满足需求。对于通信密集型的并行程序，多个进程Z间数据交换频繁，对互连网络的性能要求很高,要求具有较高的带宽和很低的延迟，千兆以太网就不能很好满足要求，需要使用高速网络,如Infiniband,其单向带宽达到20Gb,延迟小于2微秒。InterconnectFamily/SystemsNovember2010I
5、nflmbandgabnEthernetProprietaryInterconnectFamily/PerformanceNovember2010ProprtetaryVGgabdEthernet从2010TOP500排行榜中我们可以看到,千兆以太网和Infiniband网成为高性能计算机网络互联的主流，尤其从性能份额上来说，Infiniband网更是占据了绝大部分的份额,所以在国际主流的较大系统中，Tnfiniband计算网逐渐成为主流。高性能网络的基本性能如H(sn)fe^Pingpong带宽40003000200010000Pingpong
6、延时604047.57…cc1&930mL641.323M3]R[200我们可以看到,对于千兆以太网,带宽达到112MB/S,延时非常高,达到47.57usoifij使用万兆以太网，虽然带宽和延时均冇显著捉高，但是与Tnfiniband网相比，还是有较大差距。万兆以太网使用TCP/IP协议,带宽达到770MB,延时约为12us,使用Iwarp的RDMA协议，性能有一定提升，带宽达到1046.MB/S,延时达到7.68us。对于Tnfiniband网，DDR和QDR的带宽有较大差距,但是延时比较接近,分别为1.6us和1.3us。值得注意的是,QD
7、R的IPoverIB的性能有了大幅的提升。1.1.4操作系统高性能计算的操作系统Ftl最初的Unix操作系统为主，冃前随着集群架构的逐渐广泛和Linux操作系统的逐渐成熟，Linux操作系统逐渐成为高性能计算机的主流，占到80%以上的市场份额。OperatingsystemFamilyShareOverTime1993-2010励Unix■Unux■BSDBased■Mixed■Others0I0W90600W90800W90卜oogo900W90soosoP00W90E00W90Z002790Sosoooogo6661、90866W90卜66T
8、、90966W90S66W90066W9O为了使得集群系统有较好的兼容性，可以配置多种操作系统，如Linux(Redhat,Suse),
