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體系論文答辯crE紅軟基地
<王上丹（033290） 姚雯（033347）>crE紅軟基地
引言crE紅軟基地
一個銀行需要一臺主機用來存放所有的數據，這些數據需要在即使地震，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？crE紅軟基地
一個小公司剛起步時需要一個服務器，但是因為資金有限，只能購買相對數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？crE紅軟基地
現(xiàn)在你試圖解決一個數學上的難題，一個需要進行數億次上的計算，但是你又無力購買一個超級計算機，此時你會怎么辦？crE紅軟基地
標題crE紅軟基地
主標題：多處理計算機導論crE紅軟基地
副標題：淺談集群計算機技術crE紅軟基地
作者：王上丹 姚雯crE紅軟基地
時間：2006年6月crE紅軟基地
內容摘要crE紅軟基地
摘要：crE紅軟基地
   使用計算機集群系統(tǒng)進行并行計算是一種既經濟又高效的解決方法，開發(fā)資源豐富，成本低廉。隨著應用程序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)（設計原理，需要解決的問題，軟硬件需求等）的分析和研究來學習體系結構中集群計算系統(tǒng)以及分布式計算的相關知識，并希望通過這樣的學習，可以更好的理解和學習體系結構中的相關知識。crE紅軟基地
目  錄crE紅軟基地
摘要及關鍵詞crE紅軟基地
概述crE紅軟基地
集群計算技術簡介crE紅軟基地
集群計算機的體系結構和設計原理crE紅軟基地
集群技術的發(fā)展與挑戰(zhàn)crE紅軟基地
結束語crE紅軟基地
選題crE紅軟基地
選題目的：選擇集群技術作為本論文的研究對象，主要是希望對其的學習能夠對多處理機的系統(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。crE紅軟基地
背景介紹：早在20世紀60年代，IBM公司就提出了集群計算機的概念，但是當時的計算機硬件技術以及制造業(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。crE紅軟基地
相關概念介紹crE紅軟基地
集群技術crE紅軟基地
 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）通過網絡連接而成。節(jié)點可以是一臺PC機，也可以是工作站或者SMP，分別構成PC集群，工作站集群，SMP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、I/O接口及操作系統(tǒng)�？梢詥为殘�(zhí)行串行應用程序，也可以作為集群中的一個節(jié)點執(zhí)行并行的應用程序，協(xié)同完成并行任務。crE紅軟基地
相關概念介紹crE紅軟基地
高可用性計算集群技術：是指以減少服務中斷（宕機）時間為目的的服務器集群技術。 crE紅軟基地
高性能計算集群技術 ：是指以提高科學計算能力為目的計算機集群技術 。crE紅軟基地
高可擴展性集群技術：是帶均衡策略（算法）的服務器群集 。crE紅軟基地
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)網絡或計算處理負載。負載均衡建立在現(xiàn)有網絡結構之上，它提供了一種廉價有效的方法來擴展服務器帶寬，增加吞吐量，提高數據處理能力，同時又可以避免單點故障。crE紅軟基地
集群計算機體系結構粗略圖 crE紅軟基地
內容介紹crE紅軟基地
集群架構crE紅軟基地
資源管理和負載平衡crE紅軟基地
集群硬件（集群中間件）crE紅軟基地
集群軟件平臺crE紅軟基地
集群的三大技術crE紅軟基地
技術支持（負載均衡算法）crE紅軟基地
集群計算機的挑戰(zhàn)和發(fā)展crE紅軟基地
集群架構crE紅軟基地
目前常見的集群架構有兩種：Web/Internet Cluster System 和平行運算（Parallel Algorithms Cluster System）。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；后者將同一個運算的工作，交給整個Cluster 里面的所有的CPU來進行同步運算，由于使用到多個CPU的運算能力，所以可以加快運算的速度。crE紅軟基地
資源管理和負載平衡crE紅軟基地
資源（包括CPU，存儲設備，I/O等）管理與調度：是集群計算技術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。crE紅軟基地
 負載平衡的實現(xiàn)機制有兩種：初始放置或者遠程執(zhí)行，初始放置技術是當進程在某一個計算節(jié)點產生時，根據負載平衡的要求將進程轉移到其它的節(jié)點遠程執(zhí)行的方法。crE紅軟基地
集群硬件crE紅軟基地
集群中間件crE紅軟基地
    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)的設計目標集中體現(xiàn)在支持應用程序的資源管理，系統(tǒng)可擴展性和可用性的完全透明。中間件應提供以下主要服務：crE紅軟基地
 唯一地址空間：crE紅軟基地
    唯一用戶界面：crE紅軟基地
    唯一的進程空間：crE紅軟基地
    檢查點設置：crE紅軟基地
 除此以外，還包括單點管理和控制、唯一虛擬網絡，唯一文件層次等功能。 crE紅軟基地
集群軟件平臺crE紅軟基地
操作系統(tǒng)crE紅軟基地
Linux操作系統(tǒng)crE紅軟基地
Solaris操作系統(tǒng)crE紅軟基地
Windows NT操作系統(tǒng)crE紅軟基地
編程環(huán)境crE紅軟基地
 集群中的每一個用戶可以使用不同的編程工具，開發(fā)和調試自己的分布式成熟，因此，集群環(huán)境應該包括接口，API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。PVM：并行虛擬機。 MPI：消息傳遞接口。 例子，Microsoft.net crE紅軟基地
集群的三大技術crE紅軟基地
高可用性集群技術（High Availability Cluster (HA Cluster)） crE紅軟基地
高性能計算集群技術High Performance Computing Cluster (HPC Cluster)crE紅軟基地
高可擴展性集群技術crE紅軟基地
技術支持（負載平衡算法）crE紅軟基地
    負載均衡的作用就像輪流值日制度，把任務分給大家來完成，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據包，掌握網絡中的數據流量狀況，把任務理分配出去。對于不同的應用環(huán)境（如電子商務網站，它的計 算負荷大；再如網絡數據庫應用，讀寫頻繁，服務器的存儲子系統(tǒng)系統(tǒng)面臨很大壓力；再如視頻服務應用，數據傳輸量大，網絡接口負擔重壓。），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置專門的網關、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OSI七層協(xié)議模型中的第二（數據鏈路層）、第三（網絡層）、第四（傳輸層）、第七層（應用層）都有相應的負載均衡策略（算法），在數據鏈路層上實現(xiàn)負載均衡的原理是根據數據包的目的MAC地址選擇不同的路徑；在網絡層上可利用基于IP地址的分配方式將數據流疏通到多個節(jié)點；而傳輸層和應用層的交換（Switch），本身便是一種基于訪問流量的控制方式，能夠實現(xiàn)負載均衡。 crE紅軟基地
技術支持（負載平衡算法）crE紅軟基地
目前，基于均衡算法主要有三種：輪循（Round-Robin）、最小連接數（Least Connections First），和快速響應優(yōu)先（Faster Response Precedence）。輪循算法，就是將來自網絡的請求依次分配給集群中的服務器進行處理。最小連接數算法，就是為集群中的每臺服務器設置一個記數器，記錄每個服務器當前的連接數，負載均衡系統(tǒng)總是選擇當前連接數最少的服務器分配任務。 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器的負載更低，也許新的工作又被分配給了一個已經很忙的服務器了。快速響應優(yōu)先算法，是根據群集中的服務器狀態(tài)（CPU、內存等主要處理部分）來分配任務。 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備來說，只能在TCP/IP協(xié)議方面做工作，幾乎不可能深入到服務器的處理系統(tǒng)中進行監(jiān)測。但是它是未來發(fā)展的方向。crE紅軟基地
集群計算的發(fā)展和挑戰(zhàn)crE紅軟基地
面臨的挑戰(zhàn)crE紅軟基地
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。 crE紅軟基地
集群中的網絡傳輸速率的提高。crE紅軟基地
技術的推廣和普及crE紅軟基地
發(fā)展的趨勢crE紅軟基地
目前的情況crE紅軟基地
未來的發(fā)展crE紅軟基地
2003年統(tǒng)計數據（一）crE紅軟基地
2003年統(tǒng)計數據（二）crE紅軟基地
2003年統(tǒng)計數據（三）crE紅軟基地
2003年統(tǒng)計數據（四）crE紅軟基地
未來的發(fā)展（一）crE紅軟基地
64位系統(tǒng)逐漸成為主流crE紅軟基地
種商業(yè)化的高速互連網絡crE紅軟基地
SAN系統(tǒng)作為集群的存儲設備crE紅軟基地
科學計算crE紅軟基地
大規(guī)模模擬應用crE紅軟基地
三維網格模擬應用所需的內存可以輕易突破2GBcrE紅軟基地
生物信息學crE紅軟基地
基因拼接等應用需要大量的內存，實際應用中內存不足是主要問題之一crE紅軟基地
素數運算crE紅軟基地
需要用到大量64位整數運算和大內存crE紅軟基地
未來的發(fā)展（二）crE紅軟基地
題外話crE紅軟基地
2003年一年，全美總計被淘汰的pc數量是4000萬臺，這些pc不是因為部件損壞，而是因為性能的落后而被淘汰。crE紅軟基地
中國2004年淘汰的pc數量為350萬臺。crE紅軟基地
。。。。。crE紅軟基地
Pc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。crE紅軟基地
由于被淘汰的pc很多沒有被很好的處理，這些pc不光造成了資源的浪費也成為電子污染物。crE紅軟基地
設想！��！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有其非常強大的優(yōu)勢。合理地普及這樣的技術，可以節(jié)省很多的資源，并且提高pc利用率。crE紅軟基地
結束語crE紅軟基地
高性能計算集群綜合了多臺計算結或節(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)。crE紅軟基地
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。crE紅軟基地
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。crE紅軟基地
收獲和不足crE紅軟基地
收獲：crE紅軟基地
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。crE紅軟基地
通過對集群系統(tǒng)的學習，對集群系統(tǒng)有了一個全面的了解，擴展自己的知識面。crE紅軟基地
在整個論文的過程中，經過資料的整理，提高了自己的學習和搜索能力。crE紅軟基地
收獲和不足crE紅軟基地
不足：crE紅軟基地
選題的時候不夠慎重并且目的性不明確，導致了最后由于面太廣成了科普文。并不像學術論文。crE紅軟基地
資料的來源要找最新的學術文章，避免找老資料，因為技術和學科都會變化。crE紅軟基地
要多和其他的同學，老師交流，可以得到很多寶貴的建議。crE紅軟基地
由于條件不允許缺少實踐和實驗。crE紅軟基地
因為最后修改得比較倉促，所以可能有些排版的問題。crE紅軟基地
參考文獻crE紅軟基地
致  謝crE紅軟基地
謝謝大家！！Any question?crE紅軟基地
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