導(dǎo)語(yǔ)：集群計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用研究探析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及平行編制環(huán)境的出現(xiàn)，有效的提升了集體計(jì)算機(jī)的并行性以及實(shí)用性，集群計(jì)算機(jī)體系已經(jīng)成為了并行體系當(dāng)中的主體，本文首先簡(jiǎn)要介紹了計(jì)算機(jī)集群技術(shù)的定義，之后詳細(xì)地闡述了集群計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，并且進(jìn)一步介紹了集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用，希望能夠?yàn)榻窈蠹河?jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與運(yùn)用提供切實(shí)有效的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)；集群技術(shù)；應(yīng)用

伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展以及深入，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度不斷提升且其處理的性能也在不斷的提升，企業(yè)也已經(jīng)開始運(yùn)用以太網(wǎng)的形式，將相對(duì)較為廉價(jià)的服務(wù)器與工作臺(tái)連接到一起，構(gòu)成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)集群。這樣一來就可以用更少的資金換來更快的運(yùn)行速率?，F(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)集群的技術(shù)發(fā)展已然成為了行業(yè)當(dāng)中重要的研究課題。

1計(jì)算機(jī)集群技術(shù)的定義

有關(guān)計(jì)算機(jī)集群的概念有很多層面上的界定，本文運(yùn)用了最為先進(jìn)、最為全面的一種定義來奠定研究的基礎(chǔ)。集群的定義是在現(xiàn)代高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的工作站或者是其他的中間架構(gòu)，根據(jù)對(duì)應(yīng)的次序來重新組合，進(jìn)而構(gòu)成的一種結(jié)構(gòu)體制，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)可以與其他的計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接的調(diào)度與交流溝通，隨著調(diào)度工作的不斷開展，提升整體網(wǎng)絡(luò)處理速率的一種網(wǎng)絡(luò)體系。將專業(yè)化的信息轉(zhuǎn)變成為我們能夠讀懂的語(yǔ)言，換句話來說，就是將設(shè)備終端與網(wǎng)絡(luò)相連接起來，從網(wǎng)絡(luò)的層面上來看能夠構(gòu)成一種互相關(guān)聯(lián)的組織，即便是設(shè)備終端不同也可以在同樣的頻道上一同進(jìn)行，并集中對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行管理。在運(yùn)行環(huán)節(jié)當(dāng)中，終端設(shè)備相當(dāng)于是在和一個(gè)群體在進(jìn)行交流與溝通，集群為終端設(shè)備帶來其所需要的服務(wù)，而這樣的一個(gè)環(huán)節(jié)也正是集群體現(xiàn)其作用的環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)的集群體系可以按照其性質(zhì)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?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)實(shí)，有著非常優(yōu)異的儲(chǔ)存性質(zhì)，憑借著較高的性能以及較強(qiáng)的承載力，得到公眾的一致好評(píng)。

2集群計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

2.1系統(tǒng)開發(fā)周期短

因?yàn)榧后w系絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)都選用了商務(wù)的工作站以及LAN網(wǎng)絡(luò)，這樣一來，主機(jī)以及節(jié)點(diǎn)的管理會(huì)更為簡(jiǎn)便，并且有著更加可靠的特點(diǎn)。而系統(tǒng)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(jì)算結(jié)點(diǎn)，又沒有必要重新規(guī)劃體系以及編譯體系，這樣一來就為我們的研發(fā)工作節(jié)省出來大量的時(shí)間。

2.2用戶投資風(fēng)險(xiǎn)小

客戶在購(gòu)買傳統(tǒng)的巨型裝置或者是MPP體系的時(shí)候，就不必要再考慮其工作效益的問題，在實(shí)際的工作環(huán)節(jié)當(dāng)中，經(jīng)常出現(xiàn)因?yàn)槠涫褂寐什桓叨鴮?dǎo)致浪費(fèi)資源的情況出現(xiàn)。但是集群體系不單單只是一種并行的體系，其中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)獨(dú)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(dāng)作是獨(dú)立的工作站來運(yùn)用。

2.3系統(tǒng)價(jià)格低

因?yàn)樯a(chǎn)的數(shù)量相對(duì)較少，之前的大型的機(jī)械或者是MPP的成本都非常的高，通常其價(jià)格都會(huì)達(dá)到幾千萬(wàn)元。并且構(gòu)建集群的作業(yè)臺(tái)或者是高檔PC機(jī)都是大量生產(chǎn)的，由于其售價(jià)低廉。又是由幾臺(tái)或者是幾十臺(tái)工作基站構(gòu)建而成，能夠滿足對(duì)應(yīng)設(shè)備的需求，而且價(jià)格非常的低廉。

2.4節(jié)約系統(tǒng)資源

因?yàn)榧后w系的架構(gòu)相對(duì)較為靈活，把不同體制、不同機(jī)理的工作臺(tái)連接起來，這樣一來我們就可以借助現(xiàn)有的裝置來規(guī)劃設(shè)計(jì)。從其運(yùn)用的效益層面上來考慮遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比單級(jí)體系的效益高出很多。從另一個(gè)層面上來看，即便是用戶的設(shè)備更新到最新版本，原來的那些版本較低的計(jì)算機(jī)依舊可以在其中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

2.5系統(tǒng)擴(kuò)展性好

就其模式而言，集群體系絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)都是通用網(wǎng)絡(luò)，體系的擴(kuò)展非常的簡(jiǎn)便；就其性能而言，對(duì)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(nèi)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(duì)應(yīng)的通信語(yǔ)言。用戶所使用的軟件程序依舊是他們?cè)臼煜さ能浖瑳]有必要為了新體系而做出對(duì)應(yīng)的變動(dòng)，這樣一來就可以繼承原有的程序了。

3集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

集群計(jì)算機(jī)體系是一種高效并行的處理體系，借助網(wǎng)絡(luò)來作為連接，依照對(duì)應(yīng)的拓?fù)湓瓌t，把多個(gè)PC或是工作站關(guān)聯(lián)在一起，并切合并行的軟件與操作界面，來實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的作用。該體系其實(shí)是由多個(gè)有著計(jì)算功能的計(jì)算機(jī)借助一定的形式構(gòu)成一個(gè)有著更強(qiáng)計(jì)算能力的群體。但是不同的集群體系其結(jié)合的簡(jiǎn)易度也是不一樣的，所以，在規(guī)劃集群體系的時(shí)候，就要求考慮到以下幾種關(guān)鍵的技術(shù)工藝：

3.1可擴(kuò)展性

集群體系要求可以加入新設(shè)備，并且能不斷強(qiáng)化自身計(jì)算能力，所以，就要求其自身有著擴(kuò)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(kuò)容的功能要求包含有資源的可拓展性、應(yīng)用可拓展性與工藝的可拓展性這三個(gè)層面。就資源層面而言，大致就是指借助提升計(jì)算機(jī)的數(shù)量，增加磁盤、內(nèi)存條等存儲(chǔ)單元，或是借助增添軟件等形式，來獲取到更強(qiáng)的作用功能；就應(yīng)用層面而言，最重要的就是就其計(jì)算能力以及軟件擴(kuò)展進(jìn)行研究，換一句話來說就是一個(gè)應(yīng)用軟件的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)伴隨著體系的擴(kuò)展性能的改變而改變；而技術(shù)層面的可擴(kuò)展性大致就是指異構(gòu)可拓展能力、代可拓展能力以及空間拓展能力三個(gè)環(huán)節(jié)所構(gòu)成，大致就是說在技術(shù)發(fā)生變化的時(shí)候，該體系對(duì)與技術(shù)的適應(yīng)情況。

3.2可用性技術(shù)

在集群計(jì)算機(jī)體系中，不僅要想到擴(kuò)容的問題，更應(yīng)當(dāng)考慮到其自身的實(shí)用性質(zhì)，在其實(shí)用性之中，主要是包括有穩(wěn)定性以及可維護(hù)性這兩個(gè)層面。我們所說的可用性，也就是體系的正常作業(yè)時(shí)間?？删S護(hù)性質(zhì)就是說修復(fù)已經(jīng)損壞的體系要花費(fèi)的時(shí)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(shí)間。但是可用性技術(shù)大致包括有下列幾個(gè)層面：①增多冗余裝置，而且終端與終端之間是相互獨(dú)立的，這樣一來就可以在出現(xiàn)故障時(shí)就可以用這些設(shè)備來頂替，以此來保障其可以正常作業(yè)。因此就要求設(shè)備之間應(yīng)當(dāng)做到互相隔離，只有這樣才能夠避免其中一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的情況出現(xiàn)；②故障接管，針對(duì)那些商用的群體而言，故障接管是非常關(guān)鍵的，當(dāng)其中一個(gè)構(gòu)建出現(xiàn)故障時(shí)，能夠借助技術(shù)工藝來提供持續(xù)的服務(wù)；③修復(fù)技術(shù)，是針對(duì)那些出現(xiàn)問題的單元，借助接管的形式，以此來實(shí)現(xiàn)沒有做完的任務(wù)，修復(fù)技術(shù)還可以依照其性質(zhì)分成向前以及向后兩種。

3.3并行程序設(shè)計(jì)環(huán)境

在并行軟件規(guī)劃的環(huán)節(jié)當(dāng)中，主要是涵蓋有下列幾種：硬件平臺(tái)、操作體制、程序語(yǔ)言、調(diào)試以及性能分析軟件等。在整個(gè)集群體系內(nèi)部，每個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的差異在于他們是否有使用同一個(gè)儲(chǔ)存器，假若使用的是不同的儲(chǔ)存器，那么信息之間的交流與溝通就需要有對(duì)應(yīng)的傳遞體系，所以，該體系就成為了程序設(shè)計(jì)規(guī)劃環(huán)節(jié)當(dāng)中的一個(gè)重要指標(biāo)；但假如不是同一個(gè)存儲(chǔ)器的話，那么在開展并行設(shè)計(jì)的時(shí)候，就應(yīng)當(dāng)將其中的變量也一并共享。

3.4資源管理與負(fù)載均衡

集群計(jì)算機(jī)體系之中，怎樣合理的配置資源以及均衡系統(tǒng)當(dāng)中的負(fù)載是最為關(guān)鍵的問題。在進(jìn)行資源配置的過程中，應(yīng)當(dāng)將結(jié)點(diǎn)操作軟件以及程序插入到集群操作體系內(nèi)，這樣一來就可以有效的解決資源分配問題。但是均衡負(fù)載的問題，其實(shí)就是算法的調(diào)度問題，借助均衡不同的工作，讓更多的節(jié)點(diǎn)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(wù)的速度。譬如，集群計(jì)算機(jī)體系作用到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器之中時(shí)，通過把幾個(gè)服務(wù)器結(jié)合在一起，構(gòu)建成為一個(gè)有著較高實(shí)用性的服務(wù)器體系，這樣一來就可以妥善的處理好系統(tǒng)均衡負(fù)載、系統(tǒng)擴(kuò)充以及其容錯(cuò)率等層面上的問題，這就是傳統(tǒng)的因特網(wǎng)服務(wù)器所不能預(yù)知相提并論的地方；而且，就客戶的使用體驗(yàn)來說，客戶在使用上不會(huì)感覺到與就體系之間的差別，所以，集群體系對(duì)客戶而言是非常透明的；但針對(duì)那些邀請(qǐng)信息而言，集群體系就要求開展請(qǐng)求信息層面上的分配，并開展均衡載荷的計(jì)劃，這樣一來就可以將用戶的請(qǐng)求發(fā)送到最適合處理的服務(wù)器之中，并進(jìn)行信息處理，以此來實(shí)現(xiàn)性能上的完善，提升整體集群體系的工作效益。

4結(jié)語(yǔ)

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷深入與發(fā)展，集群計(jì)算機(jī)體系將會(huì)受到更多的資源層面上的支持，系統(tǒng)將這樣一些資源合理的利用起來，并開展有效的開發(fā)與運(yùn)用，只有這樣才能夠研發(fā)出性能更強(qiáng)的計(jì)算機(jī)體系。但是怎樣才能夠?qū)⑦@樣的一些資源合理地利用起來，這就成為了我們發(fā)展過程當(dāng)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(jià)，發(fā)揮資源的作用，是今后發(fā)展所必須要重視的問題。計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)有著非常廣闊的上升空間以及市場(chǎng)前景，在很多的行業(yè)當(dāng)中都會(huì)受到行業(yè)的重視，因此要求我們?cè)诮窈髴?yīng)該進(jìn)行更深層次的研究。

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作者:劉娟 單位:山東省發(fā)展改革委信息中心