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1、銷(xiāo)售信 銷(xiāo)售信 w一個(gè)銀行需要一臺(tái)主機(jī)用來(lái)存放所有的數(shù)據(jù),這一個(gè)銀行需要一臺(tái)主機(jī)用來(lái)存放所有的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)需要在即使地震,機(jī)房倒塌,也要保證所些數(shù)據(jù)需要在即使地震,機(jī)房倒塌,也要保證所有的遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)都能到達(dá),我們需要什么?有的遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)都能到達(dá),我們需要什么?w一個(gè)小公司剛起步時(shí)需要一個(gè)效勞器,但是因?yàn)橐粋€(gè)小公司剛起步時(shí)需要一個(gè)效勞器,但是因?yàn)橘Y金有限,只能購(gòu)置相對(duì)數(shù)量和性能都較差的多資金有限,只能購(gòu)置相對(duì)數(shù)量和性能都較差的多處理機(jī),但是不排除以后會(huì)對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí),處理機(jī),但是不排除以后會(huì)對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí),我們需要什么?我們需要什么?w現(xiàn)在你試圖解決一個(gè)數(shù)學(xué)上的難題,一個(gè)需要進(jìn)現(xiàn)在你試圖解
2、決一個(gè)數(shù)學(xué)上的難題,一個(gè)需要進(jìn)行數(shù)億次上的計(jì)算,但是你又無(wú)力購(gòu)置一個(gè)超級(jí)行數(shù)億次上的計(jì)算,但是你又無(wú)力購(gòu)置一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī),此時(shí)你會(huì)怎么辦?計(jì)算機(jī),此時(shí)你會(huì)怎么辦?w主標(biāo)題:多處理計(jì)算機(jī)導(dǎo)論w副標(biāo)題:淺談集群計(jì)算機(jī)技術(shù)w 王上丹 姚雯w時(shí)間:2006年6月摘要: 使用計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)進(jìn)行并行計(jì)算是一種既經(jīng)濟(jì)又高效的解決方法,開(kāi)發(fā)資源豐富,本錢(qián)低廉。隨著應(yīng)用程序和各種計(jì)算對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求的不斷提高,集群系統(tǒng)將成為有效解決這以問(wèn)題的可行的途徑。本文主要通過(guò)對(duì)集群系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理,需要解決的問(wèn)題,軟硬件需求等的分析和研究來(lái)學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)中集群計(jì)算系統(tǒng)以及分布式計(jì)算的相關(guān)知識(shí),并希望通過(guò)這樣的學(xué)習(xí),可以更好的理
3、解和學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)中的相關(guān)知識(shí)。w摘要及關(guān)鍵詞w概述w集群計(jì)算技術(shù)簡(jiǎn)介w集群計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理w集群技術(shù)的開(kāi)展與挑戰(zhàn)w結(jié)束語(yǔ)w選題目的:選擇集群技術(shù)作為本論文的研究對(duì)象,主要是希望對(duì)其的學(xué)習(xí)能夠?qū)Χ嗵幚頇C(jī)的系統(tǒng)有所了解,以集群系統(tǒng)為主,研究高性能和高擴(kuò)展性以及高可用性計(jì)算機(jī)。w背景介紹:早在20世紀(jì)60年代,公司就提出了集群計(jì)算機(jī)的概念,但是當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)以及制造業(yè)的落后,使得集群計(jì)算機(jī)只能停留在藍(lán)圖上,但是到了80年代,隨著計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的飛速開(kāi)展,集群系統(tǒng)才開(kāi)始慢慢進(jìn)入研究室,進(jìn)入工廠(chǎng),如今,集群計(jì)算機(jī)以其高的性?xún)r(jià)比獲得市場(chǎng)的認(rèn)可,因而成為目前市場(chǎng)的主流。w集群技術(shù)w集群是一種并行
4、或分布式多處理系統(tǒng),該系統(tǒng)由兩個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接而成。節(jié)點(diǎn)可以是一臺(tái)機(jī),也可以是工作站或者,分別構(gòu)成集群,工作站集群,集群。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都由單獨(dú)的處理器、主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、接口及操作系統(tǒng)??梢詥为?dú)執(zhí)行串行應(yīng)用程序,也可以作為集群中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行并行的應(yīng)用程序,協(xié)同完成并行任務(wù)。w高可用性計(jì)算集群技術(shù):是指以減少效勞中斷宕機(jī)時(shí)間為目的的效勞器集群技術(shù)。 w高性能計(jì)算集群技術(shù) :是指以提高科學(xué)計(jì)算能力為目的計(jì)算機(jī)集群技術(shù) 。w高可擴(kuò)展性集群技術(shù):是帶均衡策略算法的效勞器群集 。w負(fù)載均衡群集 :在多節(jié)點(diǎn)之間按照一定的策略算法分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算處理負(fù)載。負(fù)載均衡建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上
5、,它提供了一種廉價(jià)有效的方法來(lái)擴(kuò)展效勞器帶寬,增加吞吐量,提高數(shù)據(jù)處理能力,同時(shí)又可以防止單點(diǎn)故障。集群中間件Pc/工作站(處理器,存儲(chǔ)器,I/O,操作系統(tǒng)等)Pc/工作站(處理器,存儲(chǔ)器,I/O,操作系統(tǒng)等)Pc/工作站(處理器,存儲(chǔ)器,I/O,操作系統(tǒng)等)高 速 網(wǎng) 絡(luò)串行程序并行程序下文中將進(jìn)行詳細(xì)的闡述w集群架構(gòu)w資源管理和負(fù)載平衡w集群硬件集群中間件w集群軟件平臺(tái)w集群的三大技術(shù)w技術(shù)支持負(fù)載均衡算法w集群計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn)和開(kāi)展w目前常見(jiàn)的集群架構(gòu)有兩種: 和平行運(yùn)算 。前者主要將資料放置在不同的主機(jī)上,亦即由多部主機(jī)同時(shí)負(fù)責(zé)一項(xiàng)效勞;后者將同一個(gè)運(yùn)算的工作,交給整個(gè) 里面的所有的來(lái)進(jìn)行
6、同步運(yùn)算,由于使用到多個(gè)的運(yùn)算能力,所以可以加快運(yùn)算的速度。w資源包括,存儲(chǔ)設(shè)備,等管理與調(diào)度:是集群計(jì)算技術(shù)中一個(gè)非常重要的方面,從系統(tǒng)的角度來(lái)看,集群系統(tǒng)的資源使用率是最重要的問(wèn)題。系統(tǒng)資源使用越高,說(shuō)明系統(tǒng)的吞吐能力越大,資源共享的效果也越好。w負(fù)載平衡的實(shí)現(xiàn)機(jī)制有兩種:初始放置或者遠(yuǎn)程執(zhí)行,初始放置技術(shù)是當(dāng)進(jìn)程在某一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生時(shí),根據(jù)負(fù)載平衡的要求將進(jìn)程轉(zhuǎn)移到其它的節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程執(zhí)行的方法。w集群中間件w 集群中間件處于節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)與用戶(hù)環(huán)境之間,它與操作系統(tǒng)一起為所有的節(jié)點(diǎn)提供訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)資源的各種途徑,集群系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)集中表達(dá)在支持應(yīng)用程序的資源管理,系統(tǒng)可擴(kuò)展性和可用性的完全透明。中
7、間件應(yīng)提供以下主要效勞:w唯一地址空間:w 唯一用戶(hù)界面:w 唯一的進(jìn)程空間:w 檢查點(diǎn)設(shè)置:w除此以外,還包括單點(diǎn)管理和控制、唯一虛擬網(wǎng)絡(luò),唯一文件層次等功能。 w操作系統(tǒng)w操作系統(tǒng)w操作系統(tǒng)w 操作系統(tǒng)w編程環(huán)境w集群中的每一個(gè)用戶(hù)可以使用不同的編程工具,開(kāi)發(fā)和調(diào)試自己的分布式成熟,因此,集群環(huán)境應(yīng)該包括接口,和傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具等等,共同為用戶(hù)提供豐富的開(kāi)發(fā)環(huán)境。:并行虛擬機(jī)。 :消息傳遞接口。 例子, w高可用性集群技術(shù) ( ) w高性能計(jì)算集群技術(shù) ( )w高可擴(kuò)展性集群技術(shù) 負(fù)載均衡的作用就像輪流值日制度,把任務(wù)分給大家來(lái)完成,以免讓一個(gè)人過(guò)度勞累。但是與輪流值日制度不同的是,負(fù)載均衡是
8、一種動(dòng)態(tài)均衡,它通過(guò)一些工具實(shí)時(shí)地分析數(shù)據(jù)包,掌握網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量狀況,把任務(wù)理分配出去。對(duì)于不同的應(yīng)用環(huán)境如電子商務(wù)網(wǎng)站,它的計(jì) 算負(fù)荷大;再如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用,讀寫(xiě)頻繁,效勞器的存儲(chǔ)子系統(tǒng)系統(tǒng)面臨很大壓力;再如視頻效勞應(yīng)用,數(shù)據(jù)傳輸量大,網(wǎng)絡(luò)接口負(fù)擔(dān)重壓。,使用的均衡策略(算法)是不同的。 所以均衡策略算法也就有了多種多樣的形式,廣義上的負(fù)載均衡既可以設(shè)置專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)關(guān)、負(fù)載均衡器,也可以通過(guò)一些專(zhuān)用軟件與協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。在七層協(xié)議模型中的第二數(shù)據(jù)鏈路層、第三網(wǎng)絡(luò)層、第四傳輸層、第七層應(yīng)用層都有相應(yīng)的負(fù)載均衡策略算法,在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的原理是根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址選擇不同的路徑;在網(wǎng)絡(luò)層上可
9、利用基于地址的分配方式將數(shù)據(jù)流疏通到多個(gè)節(jié)點(diǎn);而傳輸層和應(yīng)用層的交換,本身便是一種基于訪(fǎng)問(wèn)流量的控制方式,能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載均衡。 目前,基于均衡算法主要有三種:輪循、最小連接數(shù) ,和快速響應(yīng)優(yōu)先 。輪循算法,就是將來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求依次分配給集群中的效勞器進(jìn)行處理。最小連接數(shù)算法,就是為集群中的每臺(tái)效勞器設(shè)置一個(gè)記數(shù)器,記錄每個(gè)效勞器當(dāng)前的連接數(shù),負(fù)載均衡系統(tǒng)總是選擇當(dāng)前連接數(shù)最少的效勞器分配任務(wù)。 這要比輪循算法好很多,因?yàn)樵谟行﹫?chǎng)合中,簡(jiǎn)單的輪循不能判斷哪個(gè)效勞器的負(fù)載更低,也許新的工作又被分配給了一個(gè)已經(jīng)很忙的效勞器了??焖夙憫?yīng)優(yōu)先算法,是根據(jù)群集中的效勞器狀態(tài)、內(nèi)存等主要處理局部來(lái)分配任務(wù)。
10、這一點(diǎn)很難做到,事實(shí)上到目前為止,采用這個(gè)算法的負(fù)載均衡系統(tǒng)還很少。尤其對(duì)于硬件負(fù)載均衡設(shè)備來(lái)說(shuō),只能在協(xié)議方面做工作,幾乎不可能深入到效勞器的處理系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是它是未來(lái)開(kāi)展的方向。w面臨的挑戰(zhàn)w分布式計(jì)算式程序指那些相對(duì)適合進(jìn)行分布式計(jì)算的程序的開(kāi)發(fā)和普及。 w集群中的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的提高。w技術(shù)的推廣和普及w開(kāi)展的趨勢(shì)w目前的情況w未來(lái)的開(kāi)展w64位系統(tǒng)逐漸成為主流w種商業(yè)化的高速互連網(wǎng)絡(luò)w系統(tǒng)作為集群的存儲(chǔ)設(shè)備w科學(xué)計(jì)算w大規(guī)模模擬應(yīng)用w三維網(wǎng)格模擬應(yīng)用所需的內(nèi)存可以輕易突破2w生物信息學(xué)w基因拼接等應(yīng)用需要大量的內(nèi)存,實(shí)際應(yīng)用中內(nèi)存缺乏是主要問(wèn)題之一w素?cái)?shù)運(yùn)算w需要用到大量64位整
11、數(shù)運(yùn)算和大內(nèi)存w商業(yè)應(yīng)用w海量數(shù)據(jù)處理w w媒體播放效勞器w大內(nèi)存w高內(nèi)存帶寬w減少訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán)次數(shù),可將性能提高近一個(gè)數(shù)量級(jí)w引發(fā)新的設(shè)計(jì)理念w現(xiàn)有的很多算法是基于內(nèi)存缺乏設(shè)計(jì)的,因此很多精力花費(fèi)在用時(shí)間換取空間上w64位系統(tǒng)提供了訪(fǎng)問(wèn)更大內(nèi)存的時(shí)機(jī),因此很多應(yīng)用可能要基于新的理念進(jìn)行設(shè)計(jì),以獲得64位所帶來(lái)的好處w并非所有用戶(hù)都需要現(xiàn)在就轉(zhuǎn)向64位w代碼膨脹,性能反而可能會(huì)下降w需要根據(jù)自己的應(yīng)用特性來(lái)分析w是否需要2以上的內(nèi)存w是否有大量64位整數(shù)運(yùn)算w2003年一年,全美總計(jì)被淘汰的數(shù)量是4000萬(wàn)臺(tái),這些不是因?yàn)椴考p壞,而是因?yàn)樾阅艿穆浜蠖惶蕴中國(guó)2004年淘汰的數(shù)量為350萬(wàn)臺(tái)
12、。w。w電腦的平均生命周期從20世界末的5年到現(xiàn)在3年,性能的不斷提高,造成了許多電子資源的浪費(fèi)。w由于被淘汰的很多沒(méi)有被很好的處理,這些不光造成了資源的浪費(fèi)也成為電子污染物。w設(shè)想!如果你可以通過(guò)兩臺(tái)性能一般的電腦來(lái)到達(dá)一臺(tái)性能很強(qiáng)的電腦,這樣的方式是否可以比較好的解決這樣的局面,所以集群計(jì)算機(jī)技術(shù)有其非常強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。合理地普及這樣的技術(shù),可以節(jié)省很多的資源,并且提高利用率。w高性能計(jì)算集群綜合了多臺(tái)計(jì)算結(jié)或節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力,集群的存儲(chǔ)空間在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上聚集了巨大的資源。通過(guò)一種有效的方式來(lái)開(kāi)發(fā)和利用這些分布式的資源,我們可以將可以開(kāi)發(fā)出超高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。而使用何種方式來(lái)有效的利用這些資源成
13、為了集群系統(tǒng)開(kāi)展中的一大挑戰(zhàn)。w隨著科技的不斷開(kāi)展,集群系統(tǒng)和專(zhuān)用的并行計(jì)算機(jī)之間的差距會(huì)越來(lái)越小,而集群系統(tǒng)又比專(zhuān)用并行計(jì)算機(jī)有著更多的優(yōu)點(diǎn),這是一種更為經(jīng)濟(jì)的方法,并且一定意義上可以充分利用那些已被淘汰的計(jì)算機(jī),不但減少了很多污染還節(jié)省了很多資源。w不能發(fā)現(xiàn),不久的將來(lái),集群計(jì)算機(jī)必將成為未來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī),也必然將成為未來(lái)高性能計(jì)算機(jī)的主角。w收獲:w通過(guò)這次論文,對(duì)論文的格式標(biāo)準(zhǔn)和行文要求有了一定的了解,為以后的論文撰寫(xiě)作了準(zhǔn)備。w通過(guò)對(duì)集群系統(tǒng)的學(xué)習(xí),對(duì)集群系統(tǒng)有了一個(gè)全面的了解,擴(kuò)展自己的知識(shí)面。w在整個(gè)論文的過(guò)程中,經(jīng)過(guò)資料的整理,提高了自己的學(xué)習(xí)和搜索能力。w缺乏:w選題的時(shí)候不夠慎重并且目的性不明確,導(dǎo)致了最后由于面太廣成了科普文。并不像學(xué)術(shù)論文。w資料的來(lái)源要找最新的學(xué)術(shù)文章,防止找老資料,因?yàn)榧夹g(shù)和學(xué)科都會(huì)變化。w要多和其他的同學(xué),老師交流,可以得到很多珍貴的建議。w由于條件不允許缺少實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)。
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