可扩展并行计算集群——火龙果整理.pdf

Chapter 2: Computer Clusters for Scalable parallel Computing 可扩展并行计算集群 Computer School, NUDT. Spring, 2013 1 2.1大规模并行集群 计算机集群（computer cluster）由相互联系的 个体计算机聚集组成，这些计算机之间相互联系并 且共同工作 对于用户来说，计算机集群如同一个独立完整的 计算资源池。 集群化实现作业级的大规模并行，并通过独立操 作实现高可用性。 计算机集群和大规模并行处理器（MPP）的优点包 括可扩展性能、高可用性、容错、模块化增长和使 用商用组件。 Computer School, NUDT. Spring, 2013 2 计算机集群的设计宗旨: 可扩展性：计算机集群化是基于模块化增长的概 念. 将几百个单处理器节点的集群扩展为10 000个 多核节点的超级集群。这一些因素限制: 如多核心 芯片技术、集群拓扑结构、封装方式、电力消耗和 冷控制技术应用。 封装：集群节点可以被封装成紧凑或者松散的形 式。封装直接影响通信线路的长度，需要选择合适 的互连技术。紧凑集群通常利用专有的高带宽、低 延迟的通信网络，而松散集群节点一般由标准的局 域网或广域网连接。 Computer School, NUDT. Spring, 2013 4 控制：集群能够以集中或分散的形式被控制或管理。 紧凑集群通常集中控制，而松散集群可以采取另一种 方式。在集中式集群中，中心管理者拥有、控制、管 理和操作所有节点。在分散式集群中，节点有各自的 拥有者。它同样需要进程调度、负载迁移、检查点、 记账和其他类似任务的特殊技术。 同构性：同构集群采用来自相同平台的节点，即节 点具有相同处理器体系结构和相同操作系统。异构集 群使用来自不同平台的节点。互操作性是异构集群的 一个非常重要的问题。在同构集群中，二进制进程镜 像可以迁移到另一个节点并能够继续执行。这在异构 集群中是不允许的，因为当进程迁移到不同平台的节 点上时，二进制代码不继续执行。 Computer School, NUDT. Spring, 2013 5 安全性：集群内通信可以是开放的或封闭的。开放 集群外界机器可采用标准协议（如TCP/IP）访问通 信路径，从而访问单独节点。有几个缺点：集群内 通信变得不安全; 外界通信可能以不可预测的形式干 扰集群内通信; 准通信协议往往具有巨大的开销。在 封闭集群中，集群内通信与外界相隔离，目前还没 有高效、封闭的集群内通信标准。 专用集群和企业集群：专用集群由相同类型的计算 机节点同构配置，被用于代替传统的大型机或超级 计算机，极大地提高了吞吐量，并且减少了响应时 间。企业集群主要利用节点的闲置资源，每个节点 通常是一个完整的SMP 、工作站或PC及其所有必要 的外部设备。通常是由异构计算机节点配置的。 Computer School, NUDT. Spring, 2013 6 基础集群设计问题: 可扩展性能：资源扩展（集群节点、内存容量、 I/O带宽等）使性能成比例增长 单系统镜像（SSI）：集群是一个单一独立的 系统。 可用性支持：集群能够利用处理器、内存、磁 盘、I/O设备、网络和操作系统镜像的大量冗余 提供低成本、高可用性的性能。 集群作业管理：实现高系统利用率，作业管理 软件需要提供批量、负载均衡和并行处理等功能。 Computer School, NUDT. Spring, 2013 7 节点间通信：集群由于具有更高的节点复 杂度，故不能被封装得如MPP节点一样的简洁。 集群内节点之间的物理网线长度比MPP长。 容错和恢复：机器集群能够消除所有的单 点失效