《计算机系统结构》06集群、网格和云计算.pptxVIP

;6.1 集群概述;6.1 集群概述;集群计算机系统能够以较短的研制周期、集成必威体育精装版技术、汇集多台计算机的力量，达到较高的性能价格比，其技术发展在国际上受到重视。它通过高速互连网络把通用计算机（如高档计算机、工作站或PC）连接起来，采用消息传递机制（MPI，PVM等），向最终用户提供单一并行编程环境和计算资源，因此它通常也称为“计算机群”、“工作站群”、“工作站网络”或“网络并行计算”等。 ;; 集群计算机系统的应用面非常广，除了科学计算外，还可以用于事务处理，如用作Web服务器、网络文件服务器、超级Mail服务器以及海量廉价存储系统等。集群计算机的基本结构如右图所示，包含负责对集群进行监控和管理等工作的管理节点、负责完成计算任务的计算节点、负责存储数据的集群存储、负责节点间互联的高速网络。;集群根据性能特性，集群计算机可以分为三类：;　　集群我国在研制高性能计算机方面，已经取得很多成就。这些高性能计算机主要分为如下三大类： ① PVP向量型超级计算机，如国防科技大学1983年研制的银河Ⅰ（1亿次/秒）、1994年研制的银河Ⅱ（10亿次/秒）。 ② MPP大规模并行处理超级计算机，如中国科学院计算技术研究所1995年研制的曙光1000（25亿次/秒）、国防科技大学1997年研制的银河Ⅲ（130亿次/秒）和2009年研制的天河一号（4701万亿次/秒）、中国国家并行计算机工程技术研究中心2016年研制的神威太湖之光（12.5亿亿次/秒）。 ③ 集群计算机，清华大学1999年研制的THNPSC-1（320亿次/秒）、中国科学院计算技术研究所1999年研制的曙光2000-Ⅱ（1117亿次/秒）、上海大学2000年研制的自强2000（4500亿次/秒）、国防科学技术大学2013年研制的天河二号（10.07亿亿次/秒）。 ;6.2 集群系统的软硬件组成; 计算节点是集群系统中数量最多的节点，是用来完成用户提交的计算任务。集群的性能取决于所有计算节点的性能及其发挥情况。因此计算节点需要有强大的性能，计算机的性能不是仅仅取决于计算性能、还取决于存储性能和通信性能，是一个系统整体的综合表现。;　　计算节点是集群系统中数量最多的节点，用来完成用户提交的计算任务??集群的性能取决于所有计算节点的性能及其发挥情况。因此，计算节点需要有强大的性能。计算节点的性能不仅取决于计算性能，还取决于存储性能和通信性能，是一个系统整体的综合表现。 不同应用对于系统的计算、存储和通信的需求不同，性能的发挥也受到计算节点内存大小、计算部件性能以及网卡性能等因素的限制。 　　随着各种加速部件（特别是GPU）的发展，在计算节点上配置多块GPU或者其他加速部件来提高浮点计算性能等成了大势所趋。;6.2.2 网络;6.2.2 网络;高性能的集群计算机中，往往使用轻量级通信协议(如RDMA)。有三类RDMA网络，分别是Infiniband、RoCE、iWARP。其中Infiniband(简称IB)是一种专为RDMA设计的网络，性能上Infiniband网络最好，但就性价比而言还是RoCE和iWARP比较高。下图是128节点InfiniBand网络拓扑。;6.2.3 存储节点;6.2.3 存储节点;;6.2.4 管理节点;6.2.5 MPI并行编程;（1）MPI_Init (int* argc, char** argv[] ) 初始化并行环境。 （2）MPI_Comm_size (MPI_Comm comm, int* size ) 获得通信域comm中规定的group包含的进程的数量。 （3）MPI_Comm_rank (MPI_Comm comm, int* rank) 得到本进程在通信空间中的rank值，即在组中的逻辑编号（该rank值为0到进程总数-1间的整数，相当于并行进程的ID）。MPI编程时主要通过这个编号对进程进行区分和任务分配。 （4）MPI_Finalize (void) 该函数的作用是退出MPI系统，释放占用的资源。;;（5）MPI_Send(buf, count, datatype, dest, tag, comm) 该函数的作用是将从buf开始的count个数据发送给进程编号为dest的进程。 buf：需要发送的数据的地址。 count：需要发送的数据的个数（注意，不是长度。例如要发送一个int整数，这里就填写1；如要是发送“China”字符串，这里就填写6。C语言中字符串末有一个结束符，需要多一位）。 datatype：需要发送的MPI_Datatype数据类型。MPI_Datatype是MPI定义的数据类型，可在MPI文档内找到常用数据类型和MPI定义的数据类型对应表。 dest：目标进程号。需要发送给哪个进程，就填写目标进