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超级计算管理系统 前言 背景 出于科学计算的需要，国内外兴建了多个超级计算中心。如国外的PSC、OSC等，国内的如上海超级计算中心、中科院超级计算中心等，提供科学计算等服务。 超级计算资源的使用方式，有个共同点，那就是：用户须远程登录到超级计算中心主机。再根据自己的需要编制并行程序。其登录方式主要有三种：一种是，通过rsh、ssh和telnet等方式登录；第二种，使用专门的客户端；第三种，通过拨号的方式登录。而并行程序，则根据编程环境的不同而不同，目前，并行开发环境主要有PVM、MPI和openMP等。 在上述模式下，从一个用户的角度讲，除了研究本专业领域之外，还需花费相当的时间来编制和调试并行程序；从超级计算中心的角度来讲，需要为用户提供并行编程方面的培训。总之，在并行程序设计上，用户和超级计算程序，需要作出相当投入。 为了减少了将用户从繁杂的编程工作中解放出来，同时也减少超级运算中心的培训投入，所以将将超级计算资源作个封装，专门提供某一种或几种运算服务，以服务的方式提供给客户，从而开发本系统。 目的 开发超级计算管理系统(Supercomputing Managment System,SMS),目的是将用户从复杂的并行编程的工作中解放出来，同时削减超级计算中心在培训方面的投入。 缩写、缩略词 项目概述 产品概述 超级计算管理系统物理上分为三个部分：Matlab客户端、应用服务器和 MPI集群。如图1所示： 图1 超级计算管理系统结构 其中MPI集群提供各种矩阵运算服务，而应用服务器和Matlab客户端构成计算资源管理系统。 MPI集群 MPI集群提供各种矩阵运算服务，如基本四则运算（加、减、乘、除），求*,求逆，求特征向量，FFT等。如图2所示： 图2 矩阵运算服务 应用服务器 应用服务器负责用户认证、计费和计算任务管理。如图3 所示： 图3 应用服务器概述 Matlab客户端 用户通过超级计算任务客户端登录到应用服务器。然后用Matlab实现自己的运算，并创建计算任务，将计算任务发送给超级计算管理系统客户端。如下图4所示： 图4 Matlab客户端 功能需求 用户认证 用户使用用户名和密码进行登录，由系统进行认证。如下图5所示： 图5 用户认证用例 计费 根据用户计算任务在集群上的执行时间来计费。如下图6： 图6 系统计费 计算任务管理 用户通过Matlab创建矩阵计算任务，并送出计算任务，其间可以查询，或撤销计算任务，计算完成后，接收计算结果。如下图7所示： 图7 计算任务管理 用户管理 系统可以添加用户、删除用户，修改用户密码。如下图所示： 非功能需求 安全性 用户客户端与应用服务器的数据传输，须加密传输。如下所示： 信息----〉加密-----〉传输-----〉解密-----〉信息。 可扩展性 方便系统功能的扩展。 系统平台和工具 Matlab客户端 操作系统：windows xp Matlab：7.0 开发工具：vc++ 应用服务器 操作系统平台：Unix/Linux 开发语言：C/C++ Mpi集群---矩阵服务器 操作系统平台：Unix/Linux 开发语言：C/C++ 数据库设计 表login 字段名 类型 长度 是否NULL 默认值 说明 Userid int 4 否 无 Username Char 50 否 无 Password char 50 否 无 2．表Fee 字段名 类型 长度 是否NULL 默认值 说明 Userid int 4 否 无 Fee Long 8 否 0.00 Time_used time 否 0:00:00 3．表user 字段名 类型 长度 是否NULL 默认值 说明 Userid Int 4 否 无 Tel Char 20 是 无 Addree Char 50 是 无 ID Char 18 是 无 计费机制 计算时间：应用服务器将计算任务发给MPI集群开始计时，到应用服务器接收到计算结果，为止。 费用与计算时间成正比。 安全数据传输 （参考ssh的认证过程） 服务器使用一对认证密钥，客户端生成一对会话密钥。 用户认证过程； 客户端生成一对会话密钥， 用认证公钥加密会话公钥、用户名和密码，并传给服务器， 服务器用认证私钥解密，对用户名和密码进行验证，如果通过验证，则开始会话。 会话过程： 客户端将计算任务用会话私钥加密，并传给服务器。 服务器用会话公钥解密。 计算任务格式 1．矩阵计算格式采用xml文件格式： operatoroperator/operator para-1 A /para-1 para-2 B /para-2 表示的运算是：A operator B 举例：