集群計算機技術應用研究探析

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【摘要】網絡技術的發展以及平行編制環境的出現，有效的提升了集體計算機的并行性以及實用性，集群計算機體系已經成為了并行體系當中的主體，本文首先簡要介紹了計算機集群技術的定義，之后詳細地闡述了集群計算機技術的結構及特點，并且進一步介紹了集群計算機系統的關鍵技術及其應用，希望能夠為今后集群計算機技術的發展與運用提供切實有效的參考依據。

【關鍵詞】計算機；集群技術；應用

伴隨著計算機網絡技術的不斷發展以及深入，計算機的運行速度不斷提升且其處理的性能也在不斷的提升，企業也已經開始運用以太網的形式，將相對較為廉價的服務器與工作臺連接到一起，構成一個完整的計算機集群。這樣一來就可以用更少的資金換來更快的運行速率。現如今，計算機集群的技術發展已然成為了行業當中重要的研究課題。

1計算機集群技術的定義

有關計算機集群的概念有很多層面上的界定，本文運用了最為先進、最為全面的一種定義來奠定研究的基礎。集群的定義是在現代高速網絡環境中的工作站或者是其他的中間架構，根據對應的次序來重新組合，進而構成的一種結構體制，現有的計算機可以與其他的計算機進行直接的調度與交流溝通，隨著調度工作的不斷開展，提升整體網絡處理速率的一種網絡體系。將專業化的信息轉變成為我們能夠讀懂的語言，換句話來說，就是將設備終端與網絡相連接起來，從網絡的層面上來看能夠構成一種互相關聯的組織，即便是設備終端不同也可以在同樣的頻道上一同進行，并集中對這些設備進行管理。在運行環節當中，終端設備相當于是在和一個群體在進行交流與溝通，集群為終端設備帶來其所需要的服務，而這樣的一個環節也正是集群體現其作用的環節。計算機的集群體系可以按照其性質分成兩種：①集群文件體系；②NS體系。這樣的兩種體系都有其各自的用處。集群文件體系能夠完成較多文件的編寫，還能夠實現大文件的編寫；但是NS體系能夠把文件與文件之間的分享變成現實，有著非常優異的儲存性質，憑借著較高的性能以及較強的承載力，得到公眾的一致好評。

2集群計算機技術的結構及特點

2.1系統開發周期短

因為集群體系絕大多數的網絡都選用了商務的工作站以及LAN網絡，這樣一來，主機以及節點的管理會更為簡便，并且有著更加可靠的特點。而系統研究的重心在于程序的編制以及并行性上的提升，既沒有必要重新制定計算結點，又沒有必要重新規劃體系以及編譯體系，這樣一來就為我們的研發工作節省出來大量的時間。

2.2用戶投資風險小

客戶在購買傳統的巨型裝置或者是MPP體系的時候，就不必要再考慮其工作效益的問題，在實際的工作環節當中，經常出現因為其使用率不高而導致浪費資源的情況出現。但是集群體系不單單只是一種并行的體系，其中的每一個節點都是一個獨立的工作站，即便是體系整體的工作效益并不顯著，但是其仍可以當作是獨立的工作站來運用。

2.3系統價格低

因為生產的數量相對較少，之前的大型的機械或者是MPP的成本都非常的高，通常其價格都會達到幾千萬元。并且構建集群的作業臺或者是高檔PC機都是大量生產的，由于其售價低廉。又是由幾臺或者是幾十臺工作基站構建而成，能夠滿足對應設備的需求，而且價格非常的低廉。

2.4節約系統資源

因為集群體系的架構相對較為靈活，把不同體制、不同機理的工作臺連接起來，這樣一來我們就可以借助現有的裝置來規劃設計。從其運用的效益層面上來考慮遠遠要比單級體系的效益高出很多。從另一個層面上來看，即便是用戶的設備更新到最新版本，原來的那些版本較低的計算機依舊可以在其中發揮其應有的作用。

2.5系統擴展性好

就其模式而言，集群體系絕大多數的網絡都是通用網絡，體系的擴展非常的簡便；就其性能而言，對于那些中、粗粒度的并行軟件有著非常高的收益。

2.6用戶編程方便

集群體系內部，軟件的并行化只是在原有的C、C++或Fortran串行的編碼中，加入對應的通信語言。用戶所使用的軟件程序依舊是他們原本熟悉的軟件，沒有必要為了新體系而做出對應的變動，這樣一來就可以繼承原有的程序了。

3集群計算機系統的關鍵技術及其應用

集群計算機體系是一種高效并行的處理體系，借助網絡來作為連接，依照對應的拓撲原則，把多個PC或是工作站關聯在一起，并切合并行的軟件與操作界面，來實現對應的作用。該體系其實是由多個有著計算功能的計算機借助一定的形式構成一個有著更強計算能力的群體。但是不同的集群體系其結合的簡易度也是不一樣的，所以，在規劃集群體系的時候，就要求考慮到以下幾種關鍵的技術工藝：

3.1可擴展性

集群體系要求可以加入新設備，并且能不斷強化自身計算能力，所以，就要求其自身有著擴容的功能，只有這樣才可以有效的減少其制作成本。通常情況下，可擴容的功能要求包含有資源的可拓展性、應用可拓展性與工藝的可拓展性這三個層面。就資源層面而言，大致就是指借助提升計算機的數量，增加磁盤、內存條等存儲單元，或是借助增添軟件等形式，來獲取到更強的作用功能；就應用層面而言，最重要的就是就其計算能力以及軟件擴展進行研究，換一句話來說就是一個應用軟件的運行狀態會伴隨著體系的擴展性能的改變而改變；而技術層面的可擴展性大致就是指異構可拓展能力、代可拓展能力以及空間拓展能力三個環節所構成，大致就是說在技術發生變化的時候，該體系對與技術的適應情況。

3.2可用性技術

在集群計算機體系中，不僅要想到擴容的問題，更應當考慮到其自身的實用性質，在其實用性之中，主要是包括有穩定性以及可維護性這兩個層面。我們所說的可用性，也就是體系的正常作業時間?？删S護性質就是說修復已經損壞的體系要花費的時間。所以，為了提升體系的使用性能，就要求我們縮減體系的整體維修時間。但是可用性技術大致包括有下列幾個層面：①增多冗余裝置，而且終端與終端之間是相互獨立的，這樣一來就可以在出現故障時就可以用這些設備來頂替，以此來保障其可以正常作業。因此就要求設備之間應當做到互相隔離，只有這樣才能夠避免其中一個設備出現故障的時候而導致整個系統癱瘓的情況出現；②故障接管，針對那些商用的群體而言，故障接管是非常關鍵的，當其中一個構建出現故障時，能夠借助技術工藝來提供持續的服務；③修復技術，是針對那些出現問題的單元，借助接管的形式，以此來實現沒有做完的任務，修復技術還可以依照其性質分成向前以及向后兩種。

3.3并行程序設計環境

在并行軟件規劃的環節當中，主要是涵蓋有下列幾種：硬件平臺、操作體制、程序語言、調試以及性能分析軟件等。在整個集群體系內部，每個結點之間的差異在于他們是否有使用同一個儲存器，假若使用的是不同的儲存器，那么信息之間的交流與溝通就需要有對應的傳遞體系，所以，該體系就成為了程序設計規劃環節當中的一個重要指標；但假如不是同一個存儲器的話，那么在開展并行設計的時候，就應當將其中的變量也一并共享。

3.4資源管理與負載均衡

集群計算機體系之中，怎樣合理的配置資源以及均衡系統當中的負載是最為關鍵的問題。在進行資源配置的過程中，應當將結點操作軟件以及程序插入到集群操作體系內，這樣一來就可以有效的解決資源分配問題。但是均衡負載的問題，其實就是算法的調度問題，借助均衡不同的工作，讓更多的節點去解決這樣的一些問題，這樣一來可以提升其整體的利用率與處理任務的速度。譬如，集群計算機體系作用到互聯網服務器之中時，通過把幾個服務器結合在一起，構建成為一個有著較高實用性的服務器體系，這樣一來就可以妥善的處理好系統均衡負載、系統擴充以及其容錯率等層面上的問題，這就是傳統的因特網服務器所不能預知相提并論的地方；而且，就客戶的使用體驗來說，客戶在使用上不會感覺到與就體系之間的差別，所以，集群體系對客戶而言是非常透明的；但針對那些邀請信息而言，集群體系就要求開展請求信息層面上的分配，并開展均衡載荷的計劃，這樣一來就可以將用戶的請求發送到最適合處理的服務器之中，并進行信息處理，以此來實現性能上的完善，提升整體集群體系的工作效益。

4結語

伴隨著科學技術的不斷深入與發展，集群計算機體系將會受到更多的資源層面上的支持，系統將這樣一些資源合理的利用起來，并開展有效的開發與運用，只有這樣才能夠研發出性能更強的計算機體系。但是怎樣才能夠將這樣的一些資源合理地利用起來，這就成為了我們發展過程當中所必須要解決的問題。不僅如此，怎樣減少集群體系的造價，發揮資源的作用，是今后發展所必須要重視的問題。計算機集群系統有著非常廣闊的上升空間以及市場前景，在很多的行業當中都會受到行業的重視，因此要求我們在今后應該進行更深層次的研究。

參考文獻

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[3]張偉.計算機集群技術應用研究[J].電子制作，2015，05：108~109.

作者:劉娟 單位:山東省發展改革委信息中心