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文檔簡介
1、新進銷售員專業(yè)訓(xùn)練教材引言一個銀行需要一臺主機用來存放所有的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)需要在即使地震,機房倒塌,也要保證所有的遠程訪問都能達到,我們需要什么?一個小公司剛起步時需要一個服務(wù)器,但是因為資金有限,只能購買相對數(shù)量和性能都較差的多處理機,但是不排除以后會對其進行擴展和升級,我們需要什么?現(xiàn)在你試圖解決一個數(shù)學(xué)上的難題,一個需要進行數(shù)億次上的計算,但是你又無力購買一個超級計算機,此時你會怎么辦?標題主標題:多處理計算機導(dǎo)論副標題:淺談集群計算機技術(shù)作者:王上丹 姚雯時間:2006年6月內(nèi)容摘要摘要: 使用計算機集群系統(tǒng)進行并行計算是一種既經(jīng)濟又高效的解決方法,開發(fā)資源豐富,成本低廉。隨著應(yīng)用程序
2、和各種計算對計算機性能要求的不斷提高,集群系統(tǒng)將成為有效解決這以問題的可行的途徑。本文主要通過對集群系統(tǒng)(設(shè)計原理,需要解決的問題,軟硬件需求等)的分析和研究來學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)中集群計算系統(tǒng)以及分布式計算的相關(guān)知識,并希望通過這樣的學(xué)習(xí),可以更好的理解和學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)中的相關(guān)知識。目 錄摘要及關(guān)鍵詞概述集群計算技術(shù)簡介集群計算機的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理集群技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn)結(jié)束語選題選題目的:選擇集群技術(shù)作為本論文的研究對象,主要是希望對其的學(xué)習(xí)能夠?qū)Χ嗵幚頇C的系統(tǒng)有所了解,以集群系統(tǒng)為主,研究高性能和高擴展性以及高可用性計算機。背景介紹:早在20世紀60年代,公司就提出了集群計算機的概念,但是當時的計算
3、機硬件技術(shù)以及制造業(yè)的落后,使得集群計算機只能停留在藍圖上,但是到了80年代,隨著計算機產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,集群系統(tǒng)才開始慢慢進入研究室,進入工廠,如今,集群計算機以其高的性價比獲得市場的認可,因而成為目前市場的主流。相關(guān)概念介紹集群技術(shù)集群是一種并行或分布式多處理系統(tǒng),該系統(tǒng)由兩個或多個計算機(簡稱為節(jié)點)通過網(wǎng)絡(luò)連接而成。節(jié)點可以是一臺機,也可以是工作站或者,分別構(gòu)成集群,工作站集群,集群。每一個節(jié)點都由單獨的處理器、主存儲器、輔助存儲器、接口及操作系統(tǒng)??梢詥为殘?zhí)行串行應(yīng)用程序,也可以作為集群中的一個節(jié)點執(zhí)行并行的應(yīng)用程序,協(xié)同完成并行任務(wù)。相關(guān)概念介紹高可用性計算集群技術(shù):是指以減少服務(wù)中
4、斷(宕機)時間為目的的服務(wù)器集群技術(shù)。 高性能計算集群技術(shù) :是指以提高科學(xué)計算能力為目的計算機集群技術(shù) 。高可擴展性集群技術(shù):是帶均衡策略(算法)的服務(wù)器群集 。負載均衡群集 :在多節(jié)點之間按照一定的策略(算法)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或計算處理負載。負載均衡建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上,它提供了一種廉價有效的方法來擴展服務(wù)器帶寬,增加吞吐量,提高數(shù)據(jù)處理能力,同時又可以避免單點故障。集群計算機體系結(jié)構(gòu)粗略圖 集群中間件Pc/工作站(處理器,存儲器,I/O,操作系統(tǒng)等)Pc/工作站(處理器,存儲器,I/O,操作系統(tǒng)等)Pc/工作站(處理器,存儲器,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行詳細
5、的闡述內(nèi)容介紹集群架構(gòu)資源管理和負載平衡集群硬件(集群中間件)集群軟件平臺集群的三大技術(shù)技術(shù)支持(負載均衡算法)集群計算機的挑戰(zhàn)和發(fā)展集群架構(gòu)目前常見的集群架構(gòu)有兩種: 和平行運算( )。前者主要將資料放置在不同的主機上,亦即由多部主機同時負責一項服務(wù);后者將同一個運算的工作,交給整個 里面的所有的來進行同步運算,由于使用到多個的運算能力,所以可以加快運算的速度。資源管理和負載平衡資源(包括,存儲設(shè)備,等)管理與調(diào)度:是集群計算技術(shù)中一個非常重要的方面,從系統(tǒng)的角度來看,集群系統(tǒng)的資源使用率是最重要的問題。系統(tǒng)資源使用越高,說明系統(tǒng)的吞吐能力越大,資源共享的效果也越好。負載平衡的實現(xiàn)機制有兩種
6、:初始放置或者遠程執(zhí)行,初始放置技術(shù)是當進程在某一個計算節(jié)點產(chǎn)生時,根據(jù)負載平衡的要求將進程轉(zhuǎn)移到其它的節(jié)點遠程執(zhí)行的方法。集群硬件集群中間件 集群中間件處于節(jié)點操作系統(tǒng)與用戶環(huán)境之間,它與操作系統(tǒng)一起為所有的節(jié)點提供訪問系統(tǒng)資源的各種途徑,集群系統(tǒng)的設(shè)計目標集中體現(xiàn)在支持應(yīng)用程序的資源管理,系統(tǒng)可擴展性和可用性的完全透明。中間件應(yīng)提供以下主要服務(wù):唯一地址空間: 唯一用戶界面: 唯一的進程空間: 檢查點設(shè)置:除此以外,還包括單點管理和控制、唯一虛擬網(wǎng)絡(luò),唯一文件層次等功能。 集群軟件平臺操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)編程環(huán)境集群中的每一個用戶可以使用不同的編程工具,開發(fā)和調(diào)試自己的分布式
7、成熟,因此,集群環(huán)境應(yīng)該包括接口,和傳統(tǒng)開發(fā)工具等等,共同為用戶提供豐富的開發(fā)環(huán)境。:并行虛擬機。 :消息傳遞接口。 例子, 集群的三大技術(shù)高可用性集群技術(shù)( ( )) 高性能計算集群技術(shù) ( )高可擴展性集群技術(shù)技術(shù)支持(負載平衡算法) 負載均衡的作用就像輪流值日制度,把任務(wù)分給大家來完成,以免讓一個人過度勞累。但是與輪流值日制度不同的是,負載均衡是一種動態(tài)均衡,它通過一些工具實時地分析數(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。對于不同的應(yīng)用環(huán)境(如電子商務(wù)網(wǎng)站,它的計 算負荷大;再如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用,讀寫頻繁,服務(wù)器的存儲子系統(tǒng)系統(tǒng)面臨很大壓力;再如視頻服務(wù)應(yīng)用,數(shù)據(jù)傳輸量大,網(wǎng)絡(luò)
8、接口負擔重壓。),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,廣義上的負載均衡既可以設(shè)置專門的網(wǎng)關(guān)、負載均衡器,也可以通過一些專用軟件與協(xié)議來實現(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)的負載均衡策略(算法),在數(shù)據(jù)鏈路層上實現(xiàn)負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)層上可利用基于地址的分配方式將數(shù)據(jù)流疏通到多個節(jié)點;而傳輸層和應(yīng)用層的交換(),本身便是一種基于訪問流量的控制方式,能夠?qū)崿F(xiàn)負載均衡。 技術(shù)支持(負載平衡算法)目前,基于均衡算法主要有三種:輪循()、最小連接數(shù)( ),和快速
9、響應(yīng)優(yōu)先( )。輪循算法,就是將來自網(wǎng)絡(luò)的請求依次分配給集群中的服務(wù)器進行處理。最小連接數(shù)算法,就是為集群中的每臺服務(wù)器設(shè)置一個記數(shù)器,記錄每個服務(wù)器當前的連接數(shù),負載均衡系統(tǒng)總是選擇當前連接數(shù)最少的服務(wù)器分配任務(wù)。 這要比輪循算法好很多,因為在有些場合中,簡單的輪循不能判斷哪個服務(wù)器的負載更低,也許新的工作又被分配給了一個已經(jīng)很忙的服務(wù)器了??焖夙憫?yīng)優(yōu)先算法,是根據(jù)群集中的服務(wù)器狀態(tài)(、內(nèi)存等主要處理部分)來分配任務(wù)。 這一點很難做到,事實上到目前為止,采用這個算法的負載均衡系統(tǒng)還很少。尤其對于硬件負載均衡設(shè)備來說,只能在協(xié)議方面做工作,幾乎不可能深入到服務(wù)器的處理系統(tǒng)中進行監(jiān)測。但是它是未
10、來發(fā)展的方向。集群計算的發(fā)展和挑戰(zhàn)面臨的挑戰(zhàn)分布式計算式程序(指那些相對適合進行分布式計算的程序)的開發(fā)和普及。 集群中的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的提高。技術(shù)的推廣和普及發(fā)展的趨勢目前的情況未來的發(fā)展2003年統(tǒng)計數(shù)據(jù)(一)2003年統(tǒng)計數(shù)據(jù)(二)2003年統(tǒng)計數(shù)據(jù)(三)2003年統(tǒng)計數(shù)據(jù)(四)未來的發(fā)展(一)64位系統(tǒng)逐漸成為主流種商業(yè)化的高速互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為集群的存儲設(shè)備科學(xué)計算大規(guī)模模擬應(yīng)用三維網(wǎng)格模擬應(yīng)用所需的內(nèi)存可以輕易突破2生物信息學(xué)基因拼接等應(yīng)用需要大量的內(nèi)存,實際應(yīng)用中內(nèi)存不足是主要問題之一素數(shù)運算需要用到大量64位整數(shù)運算和大內(nèi)存未來的發(fā)展(二)商業(yè)應(yīng)用海量數(shù)據(jù)處理 媒體播放服務(wù)器大內(nèi)存
11、高內(nèi)存帶寬減少訪問磁盤次數(shù),可將性能提高近一個數(shù)量級引發(fā)新的設(shè)計理念現(xiàn)有的很多算法是基于內(nèi)存不足設(shè)計的,因此很多精力花費在用時間換取空間上64位系統(tǒng)提供了訪問更大內(nèi)存的機會,因此很多應(yīng)用可能要基于新的理念進行設(shè)計,以獲得64位所帶來的好處并非所有用戶都需要現(xiàn)在就轉(zhuǎn)向64位代碼膨脹,性能反而可能會下降需要根據(jù)自己的應(yīng)用特性來分析是否需要2以上的內(nèi)存是否有大量64位整數(shù)運算題外話2003年一年,全美總計被淘汰的數(shù)量是4000萬臺,這些不是因為部件損壞,而是因為性能的落后而被淘汰。中國2004年淘汰的數(shù)量為350萬臺。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
12、的浪費。由于被淘汰的很多沒有被很好的處理,這些不光造成了資源的浪費也成為電子污染物。設(shè)想!如果你可以通過兩臺性能一般的電腦來達到一臺性能很強的電腦,這樣的方式是否可以比較好的解決這樣的局面,所以集群計算機技術(shù)有其非常強大的優(yōu)勢。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。結(jié)束語高性能計算集群綜合了多臺計算結(jié)或節(jié)點的計算能力,集群的存儲空間在各個節(jié)點上聚集了巨大的資源。通過一種有效的方式來開發(fā)和利用這些分布式的資源,我們可以將可以開發(fā)出超高性能的計算機系統(tǒng)。而使用何種方式來有效的利用這些資源成為了集群系統(tǒng)發(fā)展中的一大挑戰(zhàn)。隨著科技的不斷發(fā)展,集群系統(tǒng)和專用的并行計算機之間的差距會越
13、來越小,而集群系統(tǒng)又比專用并行計算機有著更多的優(yōu)點,這是一種更為經(jīng)濟的方法,并且一定意義上可以充分利用那些已被淘汰的計算機,不但減少了很多污染還節(jié)省了很多資源。不能發(fā)現(xiàn),不久的將來,集群計算機必將成為未來的超級計算機,也必然將成為未來高性能計算機的主角。收獲和不足收獲:通過這次論文,對論文的格式規(guī)范和行文要求有了一定的了解,為以后的論文撰寫作了準備。通過對集群系統(tǒng)的學(xué)習(xí),對集群系統(tǒng)有了一個全面的了解,擴展自己的知識面。在整個論文的過程中,經(jīng)過資料的整理,提高了自己的學(xué)習(xí)和搜索能力。收獲和不足不足:選題的時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。資料的來源要找最新的學(xué)術(shù)文章,避免找老資料,因為技術(shù)和學(xué)科都會變化。要多和其他的同學(xué),老師交流,可以得到很多寶貴的建議。由
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