体系结构31_机群计算机

目前流行的高性能并行计算机系统结构通常可以分成五类：并行向量处理机（PVP）、对称多处理机（SMP）、大规模并行处理机（MPP）、分布共享存储（DSM）多处理机和机群（Cluster）。其中，起源于２０世纪９０年代中期的机群结构凭借低廉的价格、极强的灵活性和可扩展性（Scalability），成为近年来发展势头最为强劲的系统结构。

机群的基本概念和结构

机群：由多台同构或异构的独立计算机通过高性能网络或局域网连接在一起，协同完成特定的并行计算任务的并行计算机系统。

机群是一种价格低廉、易于构建、可扩展性极强的并行计算机系统。

结点：机群里每台独立的计算机称为一个结点

结点分类：

　　计算结点

　　管理登录结点

　　I/O结点

结点连接方式

　　机群中的结点一般通过商品化网络连接在一起，例如：以太网，Ｍｙｒｉｎｅｔ，Ｉｎｆｉｎｉｂａｎｄ，Ｑｕａｄｒｉｃｓ等

　　部分商用机群也采用专用网络连接，网络接口与结点的I/O总线以松耦合的方式连接。

机群的软件模型

　　作用：方便机群的管理和使用

　　组织方式：在各结点的操作系统之上再建立一层操作系统来管理整个机群，这就是机群操作系统

　　一个重要功能：实现单一系统映象（SSI）

机群操作系统

     功能： 硬件管理

                 资源共享

                 网络通信

                 实现单一系统映象

单一系统映象

   作用：使得机群在使用、管理、维护上更像一个单独的计算资源

   四重含义:单一系统、单一控制、对称性、位置透明

   提供服务：

             单一登录、单一文件系统、单一作业管理系统

其它软件

       包括并行编程模型以及相关的并行编程环境。目前流行的并行编程工具主要包括：

      MPI：基于消息传递的并行编程工具

      PVM：基于消息传递的并行编程环境

      OpenMP：共享存储并行系统上的应用编程接口

      HPF：支持数据并行的并行语言标准

机群的特点

优点： 系统开发周期短、可靠性高、可扩展性好、性能价格比高、用户编程方便

机群的迅猛发展还得益于微处理器技术、网络技术和并行程序设计技术的进步：

   微处理器技术的进步使得微处理器的性能不断提高，而价格却在不断下降

    与传统超级计算机相比，机群系统更容易融合到已有的网络系统中

    在机群系统上开发并行应用更加方便，无论是编写新的应用程序还是改写已有的串行程序都更加容易

缺点：

   维护的工作量大

   维护费用高

由于机群由多台完整的计算机组成，它的维护相当于要同时管理多个计算机系统，因此维护工作量较大，维护费用也较高

机群的分类

分类标准：

1）组成机群的各个结点和网络是否相同：

         同构机群

         异构机群

2）结点类型

     PC机群

          构成机群的结点是PC

　工作站机群

　　　构成机群的结点是工作站

３）使用目的

　高可用性机群

　　　在系统中某些结点出现故障的情况下仍能继续对外提供服务

　负载均衡机群

　　　提高与结点个数成正比的负载能力

　高性能计算机群

　　　降低高性能计算的成本

４）构建方式

　专用机群

　　　代替传统的大中型机或巨型机，其结点一般是同构的。

　企业机群

　　　为充分利用各个结点的空闲资源而设计的

典型集群的系统介绍