高性能PC集群的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著社會(huì)不斷的進(jìn)步,人們對(duì)高性能計(jì)算的需求不斷的增加,高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)不再局限于幾個(gè)尖端科學(xué)領(lǐng)域,而是涉及到了社會(huì)的方方面面.隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的不斷發(fā)展,通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將普通PC連接而構(gòu)成的集群系統(tǒng)表現(xiàn)出越來(lái)越高的性能,同時(shí)由于硬件價(jià)格便宜,使得計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)被越來(lái)越多的用戶所接受,它也成為了高性能計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支.但是集群系統(tǒng)與傳統(tǒng)的高性能計(jì)算機(jī)在硬件方面仍然有差距,要使集群系統(tǒng)體現(xiàn)出高性能、高可用性以及可

2、擴(kuò)展性,就需要通過(guò)對(duì)集群系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及集群系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn).集群的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要根據(jù)具體應(yīng)用而定,而軟件模塊的設(shè)計(jì)則是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上來(lái)完成的.軟件模塊設(shè)計(jì)涉及到網(wǎng)絡(luò)通訊,負(fù)載均衡以及高可用性等幾個(gè)關(guān)鍵模塊,它們的設(shè)計(jì)好壞將直接影響到系統(tǒng)的性能和可靠性,以及將來(lái)的擴(kuò)展能力.該文介紹了兩個(gè)集群系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的實(shí)例:一個(gè)是用于DVB系統(tǒng)中的基于集群的視頻服務(wù)器,另外一個(gè)是用于決策參考的集群式指標(biāo)計(jì)算系統(tǒng).無(wú)論是視頻服務(wù)器還是指標(biāo)計(jì)算系統(tǒng)都對(duì)

3、系統(tǒng)的計(jì)算能力,I/O讀寫(xiě)能力有較高的要求,同時(shí)還有可靠性的要求.這兩個(gè)系統(tǒng)傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法都是基于價(jià)格較高的SMP服務(wù)器,而通過(guò)PC集群的實(shí)現(xiàn),可以達(dá)到甚至超過(guò)原來(lái)系統(tǒng)的性能,同時(shí)硬件的卻成本明顯的下降了.通過(guò)這兩個(gè)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn),我們給出了集群的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解決方法,還給出了集群系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中一些關(guān)鍵部分的解決方法:在網(wǎng)絡(luò)通訊中可以使用socket通訊結(jié)合線程的方式,或者直接使用MPI消息傳遞庫(kù),來(lái)保證通訊的效率;在負(fù)載平衡方面可以采用數(shù)

4、據(jù)的拆分結(jié)合內(nèi)存管理的方法,這樣既可以保證系統(tǒng)負(fù)載的均衡性同時(shí)也不會(huì)降低系統(tǒng)使用時(shí)的性能.在高可用性設(shè)計(jì)方面則結(jié)合系統(tǒng)中的冗余設(shè)備,注重分析系統(tǒng)中任務(wù)狀態(tài)遷移的過(guò)程.系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)證明了這兩個(gè)系統(tǒng)采用集群方式實(shí)現(xiàn)的有效性.根據(jù)這兩個(gè)系統(tǒng)的軟件模塊設(shè)計(jì),我們還總結(jié)出了集群系統(tǒng)軟件模塊的一個(gè)系統(tǒng)框架.論文的章節(jié)安排如下:第一章介紹了集群系統(tǒng)的概念,討論了集群系統(tǒng)的特點(diǎn)以及優(yōu)勢(shì);第二章討論集群系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題;第二章介紹了兩個(gè)集群實(shí)例