第章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與計算模式的變革

第14章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與計算模式的變革高性能集群計算網(wǎng)格計算移動計算普適計算高性能計算許多大型問題的計算量非常龐大，以往需要昂貴的大型/巨型機(jī)才能完成，而且計算費用昂貴，常稱這種類型的計算為高性能計算。例如結(jié)晶學(xué)、蛋白質(zhì)動力學(xué)、生物催化學(xué)、光子的相對論量子化學(xué)、虛擬設(shè)計、全球氣象和離散事件模擬等。（highperformancecomputing，HPC）14.1高性能集群計算多處理器并行計算機(jī)性能的提高多處理器并行多機(jī)并行高性能工作站和高速網(wǎng)絡(luò)高性能集群計算系統(tǒng)14.1.1集群計算系統(tǒng)及其體系結(jié)構(gòu)簡稱為集群（cluster）或者集群系統(tǒng)，它是一種并行或分布式處理系統(tǒng)，它由很多通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起的獨立計算機(jī)組成，整個系統(tǒng)像一個單獨集成的計算機(jī)資源一樣協(xié)同工作。集群計算系統(tǒng)特點：投資風(fēng)險小、可擴(kuò)展性好、可繼承現(xiàn)有軟硬件資源、開發(fā)周期短、可編程性好快速傳輸協(xié)議和服務(wù)集群中間件層應(yīng)用程序多個高性能的計算機(jī)結(jié)點集群系統(tǒng)的組成并行程序設(shè)計環(huán)境與工具高性能網(wǎng)絡(luò)/交換機(jī)（如千兆以太網(wǎng)）具有較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能的微內(nèi)核操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口卡集群系統(tǒng)的組成多個高性能計算機(jī)(PC、工作站或SMP)優(yōu)秀的操作系統(tǒng)(分層或基于微內(nèi)核)高性能網(wǎng)絡(luò)/開關(guān)網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)快速通信協(xié)議和服務(wù)高速局域網(wǎng)：EthernetFDDIATMMyrinetQuadricsSCI

集群系統(tǒng)的組成實現(xiàn)單一系統(tǒng)映像(SSI)和可用性低層結(jié)構(gòu)（如自動故障檢測、故障恢復(fù)和容錯支持）為用戶提供使用集群計算系統(tǒng)的環(huán)境和接口14.1.2集群計算系統(tǒng)的分類1、科學(xué)計算集群2、負(fù)載均衡集群3、高可用性集群最早出現(xiàn)的集群類型，主要用于進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)值計算將負(fù)載均勻地分?jǐn)偨o集群中的各臺計算機(jī)。（負(fù)載：應(yīng)用程序或者網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載）一種運(yùn)行速度和響應(yīng)速度快、可靠性高的高性能計算機(jī)系統(tǒng)4、并行數(shù)據(jù)庫集群具有并行計算、負(fù)載均衡和高可用性等多種特性1、資源管理與負(fù)載平衡14.1.3集群計算系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)2、進(jìn)程遷移及其作用通過網(wǎng)絡(luò)互連實現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的資源共享，通過高效的資源管理和任務(wù)調(diào)度(RMS：)提高資源的利用率負(fù)載平衡技術(shù)的核心是任務(wù)調(diào)度算法動態(tài)負(fù)載平衡容錯性和高可用性充分利用特殊資源并行文件I/O進(jìn)程從當(dāng)前位置移動到另一個節(jié)點，然后在目的節(jié)點根據(jù)進(jìn)程狀態(tài)再生該進(jìn)程1、腰集群夜系統(tǒng)衡在科攔學(xué)計娘算領(lǐng)拐域中萬的應(yīng)收用14盾.1肌.4泉集捉群計其算系敗統(tǒng)的圍應(yīng)用2、鐘集群慚在商餐業(yè)計持算領(lǐng)額域中屯的應(yīng)邊用空間可科學(xué)雀與天孝文學(xué)天氣桐與氣孝象地球關(guān)科學(xué)嫩和石稅油工仰程環(huán)境勒科學(xué)航空目、航笑天、右機(jī)械迎和制宿造工抹業(yè)生物坦學(xué)、乞生物唯醫(yī)學(xué)仿和生谷物化術(shù)學(xué)軍事釣應(yīng)用主要千應(yīng)用績的商鈴業(yè)領(lǐng)巖域有奴銀行鐘、金男融、枯證券納、保黎險、之電信梢等，請目的咐是進(jìn)偵行運(yùn)柿營數(shù)適據(jù)管姜理和革商業(yè)壟決策佳支持腔等14抬.2砍網(wǎng)闖格計叮算背景蹲：利刷用互胖聯(lián)網(wǎng)濕或?qū)Ｑ杏镁W(wǎng)傍所連質(zhì)接的小各種宏資源籮，實職現(xiàn)資育源的叢高度鴨共享浙和集闖成，丹為用密戶提桿供高蹄性能劫的計保算、產(chǎn)管理籍及服辜務(wù)。網(wǎng)格線的起脾源：會源于也人們漏對高壤性能禿計算斬能力藍(lán)的追訴求。網(wǎng)格狐的概鋤念：窯通過東將局卡域網(wǎng)掛內(nèi)或焦者廣疾域網(wǎng)孔上地廊域分膛布的卡若干失高性滿能計害算機(jī)敲合成辟一個屯虛擬慰的大偉型計隊算系菠統(tǒng)，娛以解不決單富臺計野算機(jī)乓無法棍完成冠的大洞型復(fù)突雜問蜻題，絕或者差讓網(wǎng)豎上用缸戶透濾明地差共享屢這些茶昂貴塔的計灑算、斥存儲禾、設(shè)別備資顧源。14梯.2翠.1運(yùn)網(wǎng)燙格的訪基本米特征桂和內(nèi)剛涵網(wǎng)格甩的基啦本特肯征：浴廣域斥性、見異構(gòu)萍性、蠶動態(tài)會性網(wǎng)格暗的內(nèi)螺涵解決駛多個今層次鋤的資尤源共澡享和秘協(xié)作沃技術(shù)凝，將與In資te確rn朱et驗從通屋信和數(shù)信息仆交互傅的平耽臺提損升到塘資源除共享賭的平刻臺。網(wǎng)格麗是通嘉過網(wǎng)呢絡(luò)整從合計銹算機(jī)陳、數(shù)搜據(jù)、被設(shè)備暗和服深務(wù)等魂各種懂資源捆的一頓種重財要基圍礎(chǔ)設(shè)定施。目標(biāo)巧是實槐現(xiàn)資拒源共沫享和硬分布披式協(xié)閥同工喉作。網(wǎng)格軟的基衰本特素征1、脈分布滴與共福享2、逃自相蠶似性3、崖動態(tài)鴿性與鐮多樣團(tuán)性4、滅自治織性與令管理紫的多香重性5、吹動態(tài)加自適鋤應(yīng)性14我.2蠻.2粱網(wǎng)繼格的投分類按照督網(wǎng)格我客體坐的不狼同層駐次資源摔網(wǎng)格信息襯網(wǎng)格知識求網(wǎng)格根據(jù)夾網(wǎng)格添客體滿對象歌的類救別數(shù)據(jù)慢網(wǎng)格計算顛網(wǎng)格服務(wù)抗網(wǎng)格14屯.2賠.2嫌網(wǎng)圣格的沿分類按照防其主孩體（魯即網(wǎng)愈格用顛戶）掠的不柄同科學(xué)躍研究復(fù)網(wǎng)格地球馳系統(tǒng)摔網(wǎng)格地震族網(wǎng)格軍事神網(wǎng)格教育凳網(wǎng)格14闊.2衫.3犯網(wǎng)格抄的體章系結(jié)嘗構(gòu)網(wǎng)格滴的體該系結(jié)前構(gòu)沙漏促模型開放矩網(wǎng)格漫服務(wù)暗體系OG麗SA架(O建pe蜻n繭Gr么id劉S勞er啊vi輛ce亮s恨Ar場ch單it惡ec守tu市re瞧)沙漏斧模型沙漏斬模型管理銀本地躁局部葬資源實現(xiàn)飲通信臺功能實現(xiàn)做對單沿個資斃源的躁共享協(xié)調(diào)搖“各暴種”打資源綿的共拍享提供賠對相浙應(yīng)服著務(wù)的畢支持開放祥網(wǎng)格瓣服務(wù)放體系開放亮網(wǎng)格殖服務(wù)忠體系氏結(jié)構(gòu)開放器網(wǎng)格兇服務(wù)杏基礎(chǔ)致架構(gòu)OG冶SA釋服務(wù)OG懂SA叨模式網(wǎng)格富系統(tǒng)給的層宏次劃仆分網(wǎng)格構(gòu)資源掏層網(wǎng)格叼中間狐件層網(wǎng)格響應(yīng)用擠層構(gòu)成剛網(wǎng)格盡系統(tǒng)帆的軟聲硬件川基礎(chǔ)衰，包持括各艙種計疤算資款源網(wǎng)格描計算團(tuán)的核懂心，骨是指黑一系濾列工閣具和戀協(xié)議燃軟件為網(wǎng)客格用從戶提抬供各昌種開羅發(fā)工面具或臟環(huán)境網(wǎng)格結(jié)計算悄中的悲關(guān)鍵津技術(shù)1、蜓資源地管理隊和調(diào)店度資源艱發(fā)現(xiàn)資源紫選擇作業(yè)勇(j地ob陶s)懲調(diào)度作業(yè)亡的監(jiān)烤控和艷遷移網(wǎng)格份計算夠中的劃關(guān)鍵袍技術(shù)2、象網(wǎng)格扎安全奶技術(shù)集成顯問題搬（i俗nt慎eg混ra墾ti扯on丑）協(xié)同狗問題效（i構(gòu)nt贈er史op睛er姜ab戒il棄it略y）信任置關(guān)系漆問題棉（t漿ru怨st荒r侮el虎at賠io陣ns妹hi符ps肯）14永.2油.6咱國遷內(nèi)外尊網(wǎng)格跳計算盲技術(shù)璃的研擇究現(xiàn)賢狀美國序：C橫on腿do嚇r、做Le針gi導(dǎo)on蓮、G腐lo尤bu挪s歐洲稍聯(lián)盟嚇：歐堡洲數(shù)月?lián)W(wǎng)券格中國某：織女弓星網(wǎng)陰格中國刪國家迎網(wǎng)格括（C號N纖Gr舟id潔）國家獸空間皇信息橫網(wǎng)格嘩（C重hi牢na貢S純pa薪ti跟al達(dá)I府nf筍or航ma錢ti漠on井G孝ri嶄d）國家具自然禮科學(xué)蠻基金母委網(wǎng)英格（蛙NS拼FC頌G冰ri脂d）中國旦教育熄科研雹網(wǎng)格窯（C野hi瀉na霞G降ri扭d）上海電信息決網(wǎng)格葵（S豈ha火ng洋ha綱i處Gr菌id韻）14攪.2贊.7犯網(wǎng)點格計燃算的福應(yīng)用1、朵分布脹式超婚級計且算2、軌分布杠式儀貧器系懂統(tǒng)3、啊數(shù)據(jù)夏密集杰型計忽算4、次遠(yuǎn)程相沉浸14淹.3公移動麗計算移動展計算屈環(huán)境嘗：移滿動設(shè)紫備通枕過無牌線或凳固定趁網(wǎng)絡(luò)遲與固景定或騙其他罰移動碗設(shè)備粱連接晚的計敬算環(huán)秘境。計算虹節(jié)點融：固僅定節(jié)冷點和徒移動欣節(jié)點移動脊計算耀節(jié)點女與其飯他節(jié)鞠點交杏換信去息的岡方式草：移店動過充程中消通過彎移動感通信蠟網(wǎng)絡(luò)恰與固第定節(jié)侵點或燈者其以它移祥動節(jié)巧點連俯接和蠻交換悄信息14晨.3旱.1宜移參動計歐算環(huán)奶境的酷組成萄及特傭點MU來：M閉ob宴il妥e晃Un滑it移動戴基站固定奇主機(jī)移動銷計算弦的特么點1、予移動侍性2、慎頻繁絹斷接友性3、岸低可痕靠性4、丑網(wǎng)絡(luò)工條件頑的多傍樣性5、娃無線蜻連接誰的低處帶寬6、冶網(wǎng)絡(luò)盡通信嗓的非拉對稱鎮(zhèn)性7、保移動炸設(shè)備六的資鴿源有懶限性14殊.3鍵.2寧移燥動計詞算中只的關(guān)端鍵技雄術(shù)1、升移動貿(mào)IP窗協(xié)議2、公緩存走技術(shù)4、帆復(fù)制謝技術(shù)3、剖數(shù)據(jù)屯廣播此技術(shù)5、少安全喊技術(shù)14左.3飄.3脫移動陶計算家的應(yīng)鞋用1、恰商業(yè)2、冰醫(yī)療贊衛(wèi)生3、蝦軍事14燙.4女普棍適計寧算計算返模式猛的變腰革主機(jī)撒計算桌面款計算普適據(jù)計算fr堆a(bǔ)m涂ew劑or華kco抖mp毀ut焰in背gde羅sk辨to起pco到mp摔ut裕in椅gpe裂rv旦as丈iv蛇eco曾mp臣ut豪in響gorUb猴iq給ui權(quán)to討usco攔mp即ut筋in案g14恒.4旬.1小普唉適計孟算的葉產(chǎn)生電、組烘成及精特性普適膽計算妄系統(tǒng)基礎(chǔ)康設(shè)施移動慣設(shè)備普適戰(zhàn)計算亭的特音性普適旅性透明巷性無所調(diào)不在味性動態(tài)狗性永恒到性自適鈔應(yīng)性上下瓶文感腰知智能粗空間14討.4智.2繞實曬現(xiàn)普宵適計緊算的眠關(guān)鍵體技術(shù)1、哥普適牽網(wǎng)絡(luò)3、宜人機(jī)敏交互痕技術(shù)4、帝自適岡應(yīng)技劈燕術(shù)2、娘上下浩文感件知5、五服務(wù)弄發(fā)現(xiàn)摸及其臉協(xié)議8、頸中間愈件技泡術(shù)7、惕數(shù)據(jù)名庫技心術(shù)9、離安全恨技術(shù)豬(s復(fù)ec霜ur椅it醒y)14企.4勢.3狹普擦適計米算的筑典型堡研究勇工作栽介紹MI訪T：具Ox旋yg巡壽en羨P旨