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體系論文答辯Utz紅軟基地
<王上丹（033290） 姚雯（033347）>Utz紅軟基地
引言Utz紅軟基地
一個銀行需要一臺主機用來存放所有的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要在即使地震，機房倒塌，也要保證所有的遠(yuǎn)程訪問都能達到，我們需要什么？Utz紅軟基地
一個小公司剛起步時需要一個服務(wù)器，但是因為資金有限，只能購買相對數(shù)量和性能都較差的多處理機，但是不排除以后會對其進行擴展和升級，我們需要什么？Utz紅軟基地
現(xiàn)在你試圖解決一個數(shù)學(xué)上的難題，一個需要進行數(shù)億次上的計算，但是你又無力購買一個超級計算機，此時你會怎么辦？Utz紅軟基地
標(biāo)題Utz紅軟基地
主標(biāo)題：多處理計算機導(dǎo)論Utz紅軟基地
副標(biāo)題：淺談集群計算機技術(shù)Utz紅軟基地
作者：王上丹 姚雯Utz紅軟基地
時間：2006年6月Utz紅軟基地
內(nèi)容摘要Utz紅軟基地
摘要：Utz紅軟基地
   使用計算機集群系統(tǒng)進行并行計算是一種既經(jīng)濟又高效的解決方法，開發(fā)資源豐富，成本低廉。隨著應(yīng)用程序和各種計算對計算機性能要求的不斷提高，集群系統(tǒng)將成為有效解決這以問題的可行的途徑。本文主要通過對集群系統(tǒng)（設(shè)計原理，需要解決的問題，軟硬件需求等）的分析和研究來學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)中集群計算系統(tǒng)以及分布式計算的相關(guān)知識，并希望通過這樣的學(xué)習(xí)，可以更好的理解和學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)中的相關(guān)知識。Utz紅軟基地
目  錄Utz紅軟基地
摘要及關(guān)鍵詞Utz紅軟基地
概述Utz紅軟基地
集群計算技術(shù)簡介Utz紅軟基地
集群計算機的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理Utz紅軟基地
集群技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn)Utz紅軟基地
結(jié)束語Utz紅軟基地
選題Utz紅軟基地
選題目的：選擇集群技術(shù)作為本論文的研究對象，主要是希望對其的學(xué)習(xí)能夠?qū)Χ嗵幚頇C的系統(tǒng)有所了解，以集群系統(tǒng)為主，研究高性能和高擴展性以及高可用性計算機。Utz紅軟基地
背景介紹：早在20世紀(jì)60年代，IBM公司就提出了集群計算機的概念，但是當(dāng)時的計算機硬件技術(shù)以及制造業(yè)的落后，使得集群計算機只能停留在藍圖上，但是到了80年代，隨著計算機產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，集群系統(tǒng)才開始慢慢進入研究室，進入工廠，如今，集群計算機以其高的性價比獲得市場的認(rèn)可，因而成為目前市場的主流。Utz紅軟基地
相關(guān)概念介紹Utz紅軟基地
集群技術(shù)Utz紅軟基地
 集群是一種并行或分布式多處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由兩個或多個計算機（簡稱為節(jié)點）通過網(wǎng)絡(luò)連接而成。節(jié)點可以是一臺PC機，也可以是工作站或者SMP，分別構(gòu)成PC集群，工作站集群，SMP集群。每一個節(jié)點都由單獨的處理器、主存儲器、輔助存儲器、I/O接口及操作系統(tǒng)�？梢詥为殘�(zhí)行串行應(yīng)用程序，也可以作為集群中的一個節(jié)點執(zhí)行并行的應(yīng)用程序，協(xié)同完成并行任務(wù)。Utz紅軟基地
相關(guān)概念介紹Utz紅軟基地
高可用性計算集群技術(shù)：是指以減少服務(wù)中斷（宕機）時間為目的的服務(wù)器集群技術(shù)。 Utz紅軟基地
高性能計算集群技術(shù) ：是指以提高科學(xué)計算能力為目的計算機集群技術(shù) 。Utz紅軟基地
高可擴展性集群技術(shù)：是帶均衡策略（算法）的服務(wù)器群集 。Utz紅軟基地
負(fù)載均衡群集 ：在多節(jié)點之間按照一定的策略（算法）分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或計算處理負(fù)載。負(fù)載均衡建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上，它提供了一種廉價有效的方法來擴展服務(wù)器帶寬，增加吞吐量，提高數(shù)據(jù)處理能力，同時又可以避免單點故障。Utz紅軟基地
集群計算機體系結(jié)構(gòu)粗略圖 Utz紅軟基地
內(nèi)容介紹Utz紅軟基地
集群架構(gòu)Utz紅軟基地
資源管理和負(fù)載平衡Utz紅軟基地
集群硬件（集群中間件）Utz紅軟基地
集群軟件平臺Utz紅軟基地
集群的三大技術(shù)Utz紅軟基地
技術(shù)支持（負(fù)載均衡算法）Utz紅軟基地
集群計算機的挑戰(zhàn)和發(fā)展Utz紅軟基地
集群架構(gòu)Utz紅軟基地
目前常見的集群架構(gòu)有兩種：Web/Internet Cluster System 和平行運算（Parallel Algorithms Cluster System）。前者主要將資料放置在不同的主機上，亦即由多部主機同時負(fù)責(zé)一項服務(wù)；后者將同一個運算的工作，交給整個Cluster 里面的所有的CPU來進行同步運算，由于使用到多個CPU的運算能力，所以可以加快運算的速度。Utz紅軟基地
資源管理和負(fù)載平衡Utz紅軟基地
資源（包括CPU，存儲設(shè)備，I/O等）管理與調(diào)度：是集群計算技術(shù)中一個非常重要的方面，從系統(tǒng)的角度來看，集群系統(tǒng)的資源使用率是最重要的問題。系統(tǒng)資源使用越高，說明系統(tǒng)的吞吐能力越大，資源共享的效果也越好。Utz紅軟基地
 負(fù)載平衡的實現(xiàn)機制有兩種：初始放置或者遠(yuǎn)程執(zhí)行，初始放置技術(shù)是當(dāng)進程在某一個計算節(jié)點產(chǎn)生時，根據(jù)負(fù)載平衡的要求將進程轉(zhuǎn)移到其它的節(jié)點遠(yuǎn)程執(zhí)行的方法。Utz紅軟基地
集群硬件Utz紅軟基地
集群中間件Utz紅軟基地
    集群中間件處于節(jié)點操作系統(tǒng)與用戶環(huán)境之間，它與操作系統(tǒng)一起為所有的節(jié)點提供訪問系統(tǒng)資源的各種途徑，集群系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)集中體現(xiàn)在支持應(yīng)用程序的資源管理，系統(tǒng)可擴展性和可用性的完全透明。中間件應(yīng)提供以下主要服務(wù)：Utz紅軟基地
 唯一地址空間：Utz紅軟基地
    唯一用戶界面：Utz紅軟基地
    唯一的進程空間：Utz紅軟基地
    檢查點設(shè)置：Utz紅軟基地
 除此以外，還包括單點管理和控制、唯一虛擬網(wǎng)絡(luò)，唯一文件層次等功能。 Utz紅軟基地
集群軟件平臺Utz紅軟基地
操作系統(tǒng)Utz紅軟基地
Linux操作系統(tǒng)Utz紅軟基地
Solaris操作系統(tǒng)Utz紅軟基地
Windows NT操作系統(tǒng)Utz紅軟基地
編程環(huán)境Utz紅軟基地
 集群中的每一個用戶可以使用不同的編程工具，開發(fā)和調(diào)試自己的分布式成熟，因此，集群環(huán)境應(yīng)該包括接口，API和傳統(tǒng)開發(fā)工具等等，共同為用戶提供豐富的開發(fā)環(huán)境。PVM：并行虛擬機。 MPI：消息傳遞接口。 例子，Microsoft.net Utz紅軟基地
集群的三大技術(shù)Utz紅軟基地
高可用性集群技術(shù)（High Availability Cluster (HA Cluster)） Utz紅軟基地
高性能計算集群技術(shù)High Performance Computing Cluster (HPC Cluster)Utz紅軟基地
高可擴展性集群技術(shù)Utz紅軟基地
技術(shù)支持（負(fù)載平衡算法）Utz紅軟基地
    負(fù)載均衡的作用就像輪流值日制度，把任務(wù)分給大家來完成，以免讓一個人過度勞累。但是與輪流值日制度不同的是，負(fù)載均衡是一種動態(tài)均衡，它通過一些工具實時地分析數(shù)據(jù)包，掌握網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量狀況，把任務(wù)理分配出去。對于不同的應(yīng)用環(huán)境（如電子商務(wù)網(wǎng)站，它的計 算負(fù)荷大；再如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，讀寫頻繁，服務(wù)器的存儲子系統(tǒng)系統(tǒng)面臨很大壓力；再如視頻服務(wù)應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸量大，網(wǎng)絡(luò)接口負(fù)擔(dān)重壓。），使用的均衡策略(算法)是不同的。 所以均衡策略（算法）也就有了多種多樣的形式，廣義上的負(fù)載均衡既可以設(shè)置專門的網(wǎng)關(guān)、負(fù)載均衡器，也可以通過一些專用軟件與協(xié)議來實現(xiàn)。在OSI七層協(xié)議模型中的第二（數(shù)據(jù)鏈路層）、第三（網(wǎng)絡(luò)層）、第四（傳輸層）、第七層（應(yīng)用層）都有相應(yīng)的負(fù)載均衡策略（算法），在數(shù)據(jù)鏈路層上實現(xiàn)負(fù)載均衡的原理是根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的MAC地址選擇不同的路徑；在網(wǎng)絡(luò)層上可利用基于IP地址的分配方式將數(shù)據(jù)流疏通到多個節(jié)點；而傳輸層和應(yīng)用層的交換（Switch），本身便是一種基于訪問流量的控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載均衡。 Utz紅軟基地
技術(shù)支持（負(fù)載平衡算法）Utz紅軟基地
目前，基于均衡算法主要有三種：輪循（Round-Robin）、最小連接數(shù)（Least Connections First），和快速響應(yīng)優(yōu)先（Faster Response Precedence）。輪循算法，就是將來自網(wǎng)絡(luò)的請求依次分配給集群中的服務(wù)器進行處理。最小連接數(shù)算法，就是為集群中的每臺服務(wù)器設(shè)置一個記數(shù)器，記錄每個服務(wù)器當(dāng)前的連接數(shù)，負(fù)載均衡系統(tǒng)總是選擇當(dāng)前連接數(shù)最少的服務(wù)器分配任務(wù)。 這要比"輪循算法"好很多，因為在有些場合中，簡單的輪循不能判斷哪個服務(wù)器的負(fù)載更低，也許新的工作又被分配給了一個已經(jīng)很忙的服務(wù)器了�？焖夙憫�(yīng)優(yōu)先算法，是根據(jù)群集中的服務(wù)器狀態(tài)（CPU、內(nèi)存等主要處理部分）來分配任務(wù)。 這一點很難做到，事實上到目前為止，采用這個算法的負(fù)載均衡系統(tǒng)還很少。尤其對于硬件負(fù)載均衡設(shè)備來說，只能在TCP/IP協(xié)議方面做工作，幾乎不可能深入到服務(wù)器的處理系統(tǒng)中進行監(jiān)測。但是它是未來發(fā)展的方向。Utz紅軟基地
集群計算的發(fā)展和挑戰(zhàn)Utz紅軟基地
面臨的挑戰(zhàn)Utz紅軟基地
分布式計算式程序（指那些相對適合進行分布式計算的程序）的開發(fā)和普及。 Utz紅軟基地
集群中的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的提高。Utz紅軟基地
技術(shù)的推廣和普及Utz紅軟基地
發(fā)展的趨勢Utz紅軟基地
目前的情況Utz紅軟基地
未來的發(fā)展Utz紅軟基地
2003年統(tǒng)計數(shù)據(jù)（一）Utz紅軟基地
2003年統(tǒng)計數(shù)據(jù)（二）Utz紅軟基地
2003年統(tǒng)計數(shù)據(jù)（三）Utz紅軟基地
2003年統(tǒng)計數(shù)據(jù)（四）Utz紅軟基地
未來的發(fā)展（一）Utz紅軟基地
64位系統(tǒng)逐漸成為主流Utz紅軟基地
種商業(yè)化的高速互連網(wǎng)絡(luò)Utz紅軟基地
SAN系統(tǒng)作為集群的存儲設(shè)備Utz紅軟基地
科學(xué)計算Utz紅軟基地
大規(guī)模模擬應(yīng)用Utz紅軟基地
三維網(wǎng)格模擬應(yīng)用所需的內(nèi)存可以輕易突破2GBUtz紅軟基地
生物信息學(xué)Utz紅軟基地
基因拼接等應(yīng)用需要大量的內(nèi)存，實際應(yīng)用中內(nèi)存不足是主要問題之一Utz紅軟基地
素數(shù)運算Utz紅軟基地
需要用到大量64位整數(shù)運算和大內(nèi)存Utz紅軟基地
未來的發(fā)展（二）Utz紅軟基地
題外話Utz紅軟基地
2003年一年，全美總計被淘汰的pc數(shù)量是4000萬臺，這些pc不是因為部件損壞，而是因為性能的落后而被淘汰。Utz紅軟基地
中國2004年淘汰的pc數(shù)量為350萬臺。Utz紅軟基地
。。。。。Utz紅軟基地
Pc電腦的平均生命周期從20世界末的5年到現(xiàn)在3年，性能的不斷提高，造成了許多電子資源的浪費。Utz紅軟基地
由于被淘汰的pc很多沒有被很好的處理，這些pc不光造成了資源的浪費也成為電子污染物。Utz紅軟基地
設(shè)想�。�！如果你可以通過兩臺性能一般的電腦來達到一臺性能很強的電腦，這樣的方式是否可以比較好的解決這樣的局面，所以集群計算機技術(shù)有其非常強大的優(yōu)勢。合理地普及這樣的技術(shù)，可以節(jié)省很多的資源，并且提高pc利用率。Utz紅軟基地
結(jié)束語Utz紅軟基地
高性能計算集群綜合了多臺計算結(jié)或節(jié)點的計算能力，集群的存儲空間在各個節(jié)點上聚集了巨大的資源。通過一種有效的方式來開發(fā)和利用這些分布式的資源，我們可以將可以開發(fā)出超高性能的計算機系統(tǒng)。而使用何種方式來有效的利用這些資源成為了集群系統(tǒng)發(fā)展中的一大挑戰(zhàn)。Utz紅軟基地
隨著科技的不斷發(fā)展，集群系統(tǒng)和專用的并行計算機之間的差距會越來越小，而集群系統(tǒng)又比專用并行計算機有著更多的優(yōu)點，這是一種更為經(jīng)濟的方法，并且一定意義上可以充分利用那些已被淘汰的計算機，不但減少了很多污染還節(jié)省了很多資源。Utz紅軟基地
不能發(fā)現(xiàn)，不久的將來，集群計算機必將成為未來的超級計算機，也必然將成為未來高性能計算機的主角。Utz紅軟基地
收獲和不足Utz紅軟基地
收獲：Utz紅軟基地
通過這次論文，對論文的格式規(guī)范和行文要求有了一定的了解，為以后的論文撰寫作了準(zhǔn)備。Utz紅軟基地
通過對集群系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，對集群系統(tǒng)有了一個全面的了解，擴展自己的知識面。Utz紅軟基地
在整個論文的過程中，經(jīng)過資料的整理，提高了自己的學(xué)習(xí)和搜索能力。Utz紅軟基地
收獲和不足Utz紅軟基地
不足：Utz紅軟基地
選題的時候不夠慎重并且目的性不明確，導(dǎo)致了最后由于面太廣成了科普文。并不像學(xué)術(shù)論文。Utz紅軟基地
資料的來源要找最新的學(xué)術(shù)文章，避免找老資料，因為技術(shù)和學(xué)科都會變化。Utz紅軟基地
要多和其他的同學(xué)，老師交流，可以得到很多寶貴的建議。Utz紅軟基地
由于條件不允許缺少實踐和實驗。Utz紅軟基地
因為最后修改得比較倉促，所以可能有些排版的問題。Utz紅軟基地
參考文獻Utz紅軟基地
致  謝Utz紅軟基地
謝謝大家！！Any question?Utz紅軟基地
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