架构Cluster.doc

什麼是 Cluster 與 Cluster 的優點 　 什麼是 Cluster 呢？目前常見的 Cluster (叢集)架構有兩種，一種是 Web / Internet cluster system，這種架構主要是將資料放置在不同的主機上面，亦即由多部主機同時負責一項服務；而另外一種則是所謂的平行運算了！平行運算其實就是將同一個運算的工作，交給整個 Cluster 裡面的所有 CPU 來進行同步運算的一個功能。由於使用到多個 CPU 的運算能力，所以可以加快運算的速度。目前比較常見於平行運算功能的，通常需要在超級電腦上面才看的到，這些超級電腦主要是用在天文、軍事、物理等需要很精密的、大量的運算的工作中，而考慮到穩定性，則通常是用在 Unix 系統上面的硬體架構上。不過，目前由於 PC 上面的 CPU 的運算功能越來越強大了～因此，當然很多程式開發者就動腦筋到 PC 上面來製作平行電腦的系統囉！我們這篇短文主要在介紹的就是『平行運算』這一類的 Cluster 了！ 　 由於 Cluster 主要是用在平行運算上面的，而所謂的平行運算是使用到多顆 CPU 的運算功能，因此可以讓您的大型運算的程式很快的執行完畢！因此，如果你的工作環境當中，常常會使用到很耗 CPU 運算功能的程式時，就可以嘗試使用 Cluster 來進行工作囉！應該可以節省您不少的時間吶！此外，我們這篇短文主要是在 X86 架構下的 PC 來架設 Cluster 的喔！ 　 不過，也需要特別留意的是，由於我們的 Cluster 是將一個工作平均分給所有的 node (註：一顆 CPU 在一個 Cluster 架構下，就稱為一個 node 囉！)，所以，萬一您做成的 Cluster 系統當中，所有的 node 並非完全相同的運算等級，那麼先做完工作的 node 將會暫停工作，會等到所有的 node 都進行完畢後，才會在進行下一動～所以啦！強烈的建議在同一個 cluster 的架構中，盡量所有的 CPU 都使用相同的 CPU 型號，應該會比較好一點喔！ 　 Cluster 的主從架構 　 最簡單的 Cluster 其實就是以一種主從架構來進行資料的運算工作的，圖示如下： 上面的 Master 與 Slave 指的都是 CPU 喔！ 　 Master 那部機器上面必須要有可以將工作分配給各個 node 去工作的函式庫，也就是 MPI ，他最重要的功能就是將工作給他分配下去的啦！而最重要的軟體就是：(1)MPICH；(2)編譯器(compiler, 例如 Fortran)； 　 什麼是網路功能呢？如果 master 與 slave 是在同一部機器當中，例如雙 CPU 的主機板，那麼這裡就不需要網路功能啦！不過，如果我是使用四台雙 CPU 的 PC 呢？呵呵！那麼這四部主機就需要以高速網路架構進行連線啦！此外，還需要在這四部主機之間建立可以互通訊息的通訊協定才行，這方面的功能就含有：(1)R Shell, 亦即稱為 RSH；(2)NIS，使 Master 與 Slave 具有相同的帳號群組關係；(3)NFS，使讀取寫入的資料可以在同一個 partition 上面； 　 Slave 就是單純的將來自 Master 的任務給他做完就是了！ 　 整個主從架構大致上就是這樣啦！因此，可以知道的是，我們需要的就是上面那些咚咚囉！ 　 達成 Cluster 所需要額外功能 ( RSH ) 與軟體 ( MPICH ) 　 由上面的 Cluster 主從架構當中，我們知道 Master 與 Slave 之間的網路溝通很重要的一個咚咚，那就是 R Shell 囉！此外，還有將一個工作傳送給不同的 node 來進行計算的任務，就需要 MPICH 這個函式庫來進行！簡單的談一談這兩個玩意兒吧！ 　 RSH： 在我們的 Linux 主機上面工作，通常使用 BASH 這個 shell 來傳達給 kernel 工作的訊息，以使主機正確的工作；而如果在不同的主機之間，那就可以使用 R Shell 來進行指令的下達喔，如此一來，我們就可以直接在 A 機器，向 B 機器下達工作的指令，而不需要登入 B 機器呢～那就是 RSH 的主要功能啦！最常見的 RSH 指令就是 rcp 與 rsh 了！有興趣的朋友應該知道以 man 來查尋一下該指令的用法囉！ 需要附帶一提的是，這個 RSH 是『相當危險』的一個服務喔！由於我們可以直接登入 RSH 主機，並且在上面進行指令的下達，為了避免還要輸入密碼的問題，因此通常 RSH 已經將信任主機設定好了，不過，由於 RSH 會啟動一些 port 來監聽 Clients 的需求，而偏偏這些 port 與 daem