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基于 RedHat7.1（Linux）的 Beowulf 集群的实现 李贵明 俞国扬 罗家融 中国科学院等离子体物理研究所 合肥 230031 e_mail: lgm@ 摘要：在上个世纪最后的三十年，并行计算这个新兴科学技术领域得到了迅速发展，并正在向其它 诸多近代科技领域渗透，其重要性与日俱增，显现出强大的生命力。中国科学院等离子体物理研究 所是国内从事核聚变研究和托卡马克(Tokamak)实验的主要基地，由于实验研究的需要，有必要建 立自己的大型并行计算机系统，进行托卡马克实验的数值模拟等研究课题。本文介绍了在普通 PC 机上利用 Linux 操作系统实现基于分布存储结构的 Beowulf 集群系统的方法，同时也介绍了基于消 息传递模型 MPI (Message Passing Interface)的并行程序设计方法。 关键词：并行计算；PC；Linux；分布存储；Beowulf；消息传递；MPI 一、引言 1977 年，DEC 公司推出了以VAX 为结点机的松散耦合的集群系统，并成功地将 VMS 操作系统移 植到该系统上。20 世纪 90 年代以来，随着 RISC 技术的发展和高性能网络产品的出现，集群系统在 性能价格比(Performance/Cost)、可扩展性(Scalability)、可用性(Availability)等方面都显示 出了很强的竞争力，尤其是它在对现有单机上的软硬件产品的继承和对商用软硬件必威体育精装版研究成果的 快速运用方面表现出了传统大规模并行处理机 MPP(Massively Parallel Processor)无法比拟的优 势。 目前，集群系统已在许多领域获得应用。可以预见，随着对称多处理机 SMP (Symmetric Multiprocessor)产品的大量使用和高性能网络产品的完善以及各种软硬件支持的增多和系统软 件、应用软件的丰富，新一代高性能集群系统必将成为未来高性能计算领域的主流平台之一。具有 代表性的集群系统有 IBM 的 SP2、SGI 的POWER CHALLENGE array、Microsoft 的Wolfpack、DEC 的 TruClusters、SUN 的 SPARC cluster 1000/2000PDB 以及Berkeley NOW 等。我国国家智能计算机研 究开发中心的曙光－1000A、曙光－2000I 和曙光－2000II 也都属于集群系统的并行计算机。 简单地说，并行计算机就是用若干 （几到几千）个处理器并行执行一个作业，以提高计算效率。 并行计算机的结构、规模、性能可以有甚大的差异，其价格也就可以从人民币数以万元到数以亿元。 以较低的投资，用若干台性能较高的 PC 机组装成集群并行计算机，采用 Linux 操作系统以及目前 在各类并行机上通用的信息传递接口 MPI 并行环境，以此为起步发展并行计算和研究，这是一个合 适的选择。 计算机科学技术的发展在高性能计算领域为其他科学技术的发展提供了越来越宽广的平台。另 一方面，科学技术的发展对高性能计算环境 （硬、软件）不断提出更高的要求。以磁约束聚变研究 为例。磁约束受控核聚变研究是以探求未来能源为目标。托卡马克（TOKAMAK）是磁约束受控核聚 变研究中进展最快、参数最高的研究途径。上个世纪九十年代在欧、美的托卡马克上成功地进行的 氘-氚聚变反应实验使得磁约束受控核聚变的科学可行性得到了初步证实。目前人们正从作为聚变 能源的要求来开展托卡马克研究。托卡马克的研究对象是高温等离子体。它是一个具有巨大数目 （例 如，1020个） 自由度的极为复杂的非线性系统。数值模拟是主要的研究手段之一。在我国，随着核 聚变等离子体物理研究 （托卡马克实验、理论和数值模拟）不断取得新的进展，特别是国家大科学 工程HT-7U超导托卡马克计划的实施，对高性能计算提出了更高的要求。针对特定的研究领域，在 一定的财力资源下，集群并行计算机可以为数值模拟的发展提供串行计算机系统所无法比拟的高效 平台。 二、BEOWULF 集群系统简介 Linux 环境下的集群系统中比较有影响的是 Beowulf 集群。Beowulf 集群的研究是由美国国家 航空航天局于 1994 年上半年启动的。1994 年夏天，Thomas Sterling 和 Don Becker 等人构建了一 台由以太网连接的拥有 16 个 DX4 处理器的集群。他们把这个集