高可用與高性能計(jì)算系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用-中心機(jī)房建設(shè)內(nèi)容

1、高可用與高性能計(jì)算系統(tǒng)的 構(gòu)建與應(yīng)用 -中心機(jī)房建設(shè)內(nèi)容與應(yīng)用背景介紹 2006年3月2日高可用與高性能計(jì)算系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用匯報(bào)試圖解答兩個(gè)問(wèn)題：中心機(jī)房可以提供哪些超越微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)？在這樣的平臺(tái)上可望進(jìn)行哪些研究、開(kāi)發(fā)與技術(shù)積奠？高可用與高性能計(jì)算系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用建設(shè)目標(biāo)與應(yīng)用背景主要設(shè)備及技術(shù)參數(shù)高性能計(jì)算高可用集群網(wǎng)格計(jì)算接入技術(shù)信息安全下一代互聯(lián)網(wǎng).建設(shè)目標(biāo)與應(yīng)用背景智能安全態(tài)勢(shì)監(jiān)控保障體系專(zhuān)用芯片設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)語(yǔ)音圖像關(guān)鍵技術(shù)實(shí)用智能關(guān)鍵技術(shù)軟件平臺(tái) 硬件平臺(tái) 專(zhuān)用設(shè)備 .建設(shè)目標(biāo)與應(yīng)用背景按照項(xiàng)目任務(wù)書(shū)，985工程“智能化國(guó)防安全信息技術(shù)”項(xiàng)目的建設(shè)內(nèi)容包括基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)、關(guān)鍵技

2、術(shù)研究、智能安全態(tài)勢(shì)監(jiān)控保障體系開(kāi)發(fā)這樣三個(gè)層面?；A(chǔ)開(kāi)發(fā)平臺(tái)建設(shè)主要是建立一套網(wǎng)絡(luò)化共享的基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)軟硬件平臺(tái)，為其他兩個(gè)層面的研究提供軟硬件支撐1.建設(shè)目標(biāo)與應(yīng)用背景中心機(jī)房作為整個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)的一部分，主要目標(biāo)是建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化共享的高可用（HA,High-Availability)與高性能計(jì)算(HPC,High Performance Computing)服務(wù)器系統(tǒng),提供高可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，為滿足后續(xù)研究提供必要的計(jì)算、存儲(chǔ)、信息安全等實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 中心機(jī)房建成后，也將有助于彌補(bǔ)我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)高端設(shè)備上不足，適應(yīng)社會(huì)上前沿計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，增強(qiáng)申報(bào)和承接信息類(lèi)項(xiàng)目的能力，同時(shí)提高培養(yǎng)高素

3、質(zhì)技術(shù)人才的實(shí)力1.建設(shè)目標(biāo)與應(yīng)用背景中心機(jī)房的建立，可以提供微機(jī)環(huán)境下所不具備的某些實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用戶(hù)可通過(guò)終端或模式使用系統(tǒng)資源，可為下述幾方面提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：基于SMP與Cluster的高性能計(jì)算；高可用集群的性能優(yōu)化；網(wǎng)格計(jì)算；高端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接入技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗與信息安全的策略研究；下一代互聯(lián)網(wǎng)（NGI)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)等2.主要設(shè)備及技術(shù)參數(shù) 2.1 高性能計(jì)算系統(tǒng) 2.2 高可靠存儲(chǔ)系統(tǒng) 2.3 雙協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng) 2.4 信息安全系統(tǒng) 中心機(jī)房配置的大型設(shè)備及其技術(shù)指標(biāo)詳見(jiàn)相關(guān)附件。 .1 高性能計(jì)算系統(tǒng) (1) 小型機(jī)系統(tǒng) 中心機(jī)房配備了四臺(tái)小型機(jī)，分別是IBM公司的P550和P520,

4、以及HP公司的RX4640和RX2620. 小型機(jī)具有優(yōu)異的浮點(diǎn)計(jì)算性能、出色的內(nèi)存擴(kuò)充能力、大容量高速緩存和優(yōu)越的SMP處理特性, 它還支持增強(qiáng)的錯(cuò)誤檢測(cè)、糾正和容錯(cuò)能力, 這些特性是微機(jī)服務(wù)器所不具備的。小型機(jī)軟件專(zhuān)用，互通性差，價(jià)格昂貴，配備不好將導(dǎo)致可用性差,通過(guò)在小型機(jī)上安裝Linux AS操作系統(tǒng)，以及利用IT廠商的大學(xué)合作計(jì)劃，可以擴(kuò)大工具軟件來(lái)源。 (2) 刀片式服務(wù)器 刀片式服務(wù)器是由許多松耦合的處理單元組成的，每個(gè)單元內(nèi)的CPU都有自己私有的資源，如總線，內(nèi)存，硬盤(pán)等。在每個(gè)單元內(nèi)都有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)例復(fù)本。與SMP (Symmetric Multi Process

5、ing),不同，這種結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)在于不共享內(nèi)存資源。因?yàn)橐诓煌幚韱卧g傳送信息，所以其效率很大程度依賴(lài)于各單元間的通信效率,但具有更高的容錯(cuò)性(2)刀片式服務(wù)器中心機(jī)房配備了 IBM BladeCenter HS20和HP ProLiant BL20p G2兩款各帶有4片雙處理器單元的刀片式服務(wù)器，每個(gè)刀片采用高性能的Intel(R) XeonTM 2.8GHz處理器，帶有SAN存儲(chǔ)能力，內(nèi)置GB的PC 2100 DDR內(nèi)存和千兆以太網(wǎng)卡，以及兩個(gè)73GB SCSI硬盤(pán)利用刀片式服務(wù)器可以研究集群結(jié)構(gòu)下許多事務(wù)處理和科學(xué)計(jì)算的并行算法,降低集群管理的難度和高性能計(jì)算的成本。() 企業(yè)級(jí)

6、微機(jī)服務(wù)器 企業(yè)級(jí)微機(jī)服務(wù)器開(kāi)放性強(qiáng)，操作系統(tǒng)適應(yīng)面廣，市場(chǎng)容量大，性?xún)r(jià)比較高。本次采購(gòu)的HP DL580G3微機(jī)服務(wù)器，配置四個(gè)Intel Xeon MP EM64T 3.0GHz處理器，前端總線667MHz， ECC內(nèi)存8GB，每處理器有二級(jí)高速緩存1MB，并可擴(kuò)展至64GB，內(nèi)置2*73.4GB熱插拔SCSI硬盤(pán), 包含RAID 適配器，集成雙千兆以太網(wǎng)卡，配置光纖通道卡（HBA），帶有2個(gè)熱插拔冗余電源適合在indows或Linux環(huán)境下的HA或HPC研究2.2 高可靠海量存儲(chǔ)系統(tǒng)智能化安全信息技術(shù)項(xiàng)目研究中涉及多學(xué)科跨平臺(tái)合作，每個(gè)分項(xiàng)都有大量信息需要備份存儲(chǔ)，相互之間需要進(jìn)行必要的

7、數(shù)據(jù)共享，而且對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性和安全度要求很高，中心機(jī)房作為項(xiàng)目的計(jì)算中心和數(shù)據(jù)中心，采用先進(jìn)的光纖通道存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）以適應(yīng)存儲(chǔ)需求。 2.2 高可靠海量存儲(chǔ)系統(tǒng)在20世紀(jì)80年代，連接主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)方法是通過(guò)像IDE或并行SCSI這樣的接口實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的DAS（直接連接存儲(chǔ)）方式。并行SCSI提供了相對(duì)快速的訪問(wèn)SCSI硬盤(pán)的速度,并且?guī)讉€(gè)硬盤(pán)可以通過(guò)同一個(gè)接口連接到計(jì)算機(jī)上。 但是，隨著存儲(chǔ)子系統(tǒng)變得越來(lái)越大，計(jì)算機(jī)變得越來(lái)越快，同時(shí)，I/O速率也在不斷增長(zhǎng)，上述連接方式出現(xiàn)不少新問(wèn)題2.2 高可靠海量存儲(chǔ)系統(tǒng)為了滿足這些新的需求，人們開(kāi)發(fā)了為存儲(chǔ)設(shè)備提供千兆串行網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)能

8、力的光纖通道（Fibre Channel）協(xié)議。在光纖通道協(xié)議的第四層上建立了以光纖通道為基礎(chǔ)的用于存儲(chǔ)的SCSI協(xié)議、光纖通道協(xié)議綜合了許多優(yōu)點(diǎn)，使得光纖通道協(xié)議作為并行SCSI協(xié)議的替代者得到了人們的認(rèn)可，現(xiàn)在光纖通道協(xié)議被用在絕大多數(shù)高容量、高端直連存儲(chǔ)設(shè)備上。2.2 高可靠海量存儲(chǔ)系統(tǒng)隨著光纖通道協(xié)議作為并行SCSI的方式替代者的出現(xiàn)，并隨著其逐漸被市場(chǎng)所接受，一種組合單純的存儲(chǔ)應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身的新技術(shù)出現(xiàn)了這就是存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）。SAN是一個(gè)由存儲(chǔ)設(shè)備和交換系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，所有的通信都在一個(gè)光纖通道的網(wǎng)絡(luò)上完成。SAN的特點(diǎn)是：支持

9、各種操作系統(tǒng)（AIX、Solaris、HP/UX、Linux、Windows）通用的數(shù)據(jù)訪問(wèn) 、無(wú)縫的可擴(kuò)展性 和集中的管理?？梢詾轫?xiàng)目研究提供通用、高速、可靠的集中存儲(chǔ)單元。2.2 高可靠海量存儲(chǔ)系統(tǒng)HBA光纖通道交換機(jī)Fiber Switch光纖通道存儲(chǔ)設(shè)備心跳網(wǎng)絡(luò)圖2 Cluster+SAN系統(tǒng)解決方案Fiber Switch 2.2 高可靠海量存儲(chǔ)系統(tǒng)中心機(jī)房配置的SAN系統(tǒng)， 光纖通道交換機(jī)帶有12個(gè)接口，單個(gè)光纖接口速度2GB/s；光纖網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)柜帶有雙RAID控制器，含4個(gè)2Gbps光纖通道（FC） 硬盤(pán)數(shù)目為28個(gè)146GB 10000RPM光纖硬盤(pán)，最大可擴(kuò)充硬盤(pán)數(shù) 108個(gè),

10、支持多種RAID級(jí)別,支持的操作系統(tǒng)包括HP-UX、Windows NT、Windows 2000、Windows Server 2003、Sun Solaris、AIX、Redhat Linux2.3 雙協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)目前CERNET上連通地區(qū)節(jié)點(diǎn)的IP V6高速專(zhuān)線即將開(kāi)通，第二代互聯(lián)網(wǎng)(CNGI)很快會(huì)進(jìn)入實(shí)用狀態(tài), 同時(shí)IPv4也將長(zhǎng)期共存。中心機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，支持IPv6和IPv4雙協(xié)議棧 IP v6在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脑S多特性上優(yōu)于IP v4,但是如何架構(gòu)基于NGI的應(yīng)用，將網(wǎng)絡(luò)層的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)則遠(yuǎn)未解決，機(jī)房配置的雙協(xié)議棧路由器和交換機(jī)，除支撐日常運(yùn)行外，尚可用于

11、構(gòu)造IP v6小型實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，支持NGI的應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究2.4 信息安全系統(tǒng)中心機(jī)房作為項(xiàng)目的計(jì)算中心和數(shù)據(jù)中心，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性和安全度要求較高，為保障信息的安全，購(gòu)置了包括防火墻、防毒墻、入侵檢測(cè)、安全隱患掃瞄、VPN等安全設(shè)備。這些安全設(shè)備除了為項(xiàng)目研究提供數(shù)據(jù)安全保障外，也將有助于信息安全技術(shù)研究和相關(guān)技術(shù)人才的培養(yǎng)，可以剖析、掌握、發(fā)展最新網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)攻防和信息安全的策略研究。高性能計(jì)算HPC:High Performance Computing是能夠突破性能極限，超越單臺(tái)高端工作站計(jì)算水平，需要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的程序優(yōu)化，最大限度提高系統(tǒng)的I/O、計(jì)算和數(shù)據(jù)傳送性能的計(jì)算模式，HPC

12、可以不同程度地提升解題的規(guī)模、速度和精度。 當(dāng)前常用的HPC平臺(tái)主要集中于SMP主機(jī)與IA架構(gòu)集群當(dāng)然單有適用的硬件平臺(tái)并不能帶來(lái)HPC，關(guān)鍵在于將串行的計(jì)算程序改造為高性能的并行計(jì)算。 高性能計(jì)算SMP (Symmetric Multi Processing)系統(tǒng)的特點(diǎn)是多處理器共享內(nèi)存資源，由于免除機(jī)間通信瓶頸，故SMP目前仍然是HPC的重要平臺(tái)多處理器事實(shí)上包含超線程、雙核、多CPU等結(jié)構(gòu)。超線程技術(shù)（Hyperthreading Technology）是Intel公司的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。HT技術(shù)就是利用特殊的硬件指令，把兩個(gè)邏輯內(nèi)核模擬成兩個(gè)物理芯片，讓單個(gè)處理器都能使用線程級(jí)并行計(jì)算，從而兼

13、容多線程操作系統(tǒng)和軟件，并提高處理器的性能。超線程技術(shù)只是對(duì)服務(wù)器性能的一種挖潛式的提升高性能計(jì)算 雙核處理器是基于單個(gè)半導(dǎo)體的一個(gè)處理器上擁有兩個(gè)一樣功能的處理器核心。從而處理器每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行的單元數(shù)將增加一倍。雙處理器結(jié)構(gòu)的引入和微軟下一代操作系統(tǒng)將在很大程度上促進(jìn)虛擬技術(shù)的發(fā)展。即讓一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)虛擬出若干個(gè)虛擬的系統(tǒng)，允許用戶(hù)在他們的PC上使用超過(guò)一個(gè)操作系統(tǒng)，以便每個(gè)操作系統(tǒng)解決特定的運(yùn)算任務(wù).這些技術(shù)在2006-2007年將成為計(jì)算機(jī)平臺(tái)的新亮，并且將使計(jì)算機(jī)的功能達(dá)到全新的水平。高性能計(jì)算與單核處理器相比，多核處理器能在一些應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)更為強(qiáng)大的動(dòng)力，比如海量數(shù)據(jù)處理、大規(guī)

14、模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、復(fù)雜科學(xué)計(jì)算及大型圖形建模為特征的企業(yè)級(jí)或行業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域。由于支持并行處理的應(yīng)用軟件的需求量不斷增加，目前大多數(shù)新或即將發(fā)布的應(yīng)用軟件都對(duì)此類(lèi)技術(shù)提供了支持，整個(gè)軟件市場(chǎng)其實(shí)已經(jīng)為多核心處理器架構(gòu)提供了充分的準(zhǔn)備。高性能計(jì)算這里必須強(qiáng)調(diào)，如果要讓多處理器系統(tǒng)達(dá)到最大性能，就必須充分利用所有可執(zhí)行單元,讓所有執(zhí)行單元都有活可干目前，大多數(shù)操作系統(tǒng)已經(jīng)支持并行處理，在操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，從進(jìn)程（Process）演化出線程（Thread），最主要的目的就是更好地支持多處理器。進(jìn)程是系統(tǒng)資源管理的最小單位，線程是程序執(zhí)行的最小單位。將傳統(tǒng)的單進(jìn)程單線程的計(jì)算程序改造為多線程并行計(jì)算程序可以顯

15、著提高計(jì)算性能，當(dāng)然這就涉及許多算法的重新設(shè)計(jì),并非改變編譯選項(xiàng)就能達(dá)到.高性能計(jì)算 IA（Intel Archetecture)將HPC帶入全新階段。 IA集群的瓶頸在于機(jī)間通信通過(guò)經(jīng)濟(jì)高效的集群方式（例如刀片式結(jié)構(gòu)），可以達(dá)到與RISC系統(tǒng)相抗衡的計(jì)算能力與運(yùn)算效率。最新公布的TOP500強(qiáng)中，IA架構(gòu)的系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到119套，最重要的是，在入圍TO的IA構(gòu)架系統(tǒng)中，有超過(guò)3成的系統(tǒng)應(yīng)用于商業(yè)計(jì)算領(lǐng)域。運(yùn)用的領(lǐng)域涉及金融預(yù)測(cè)、藥物相互作用分析、基因研究、數(shù)據(jù)挖掘等。HPC開(kāi)始步入主流。高性能計(jì)算 支持集群計(jì)算機(jī)并行程序開(kāi)發(fā)的軟件包， 目前世界上比較流行的有（PVM、Express、Linda

16、、MPI）。其中MPI(Message Passing Interface)正成為并行程序設(shè)計(jì)事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前通用的是MPI1.1規(guī)范。正在制定的MPI2.0規(guī)范除支持消息傳遞外，還支持MPI的I/O規(guī)范和進(jìn)程管理規(guī)范。MPI的主要內(nèi)容是一個(gè)消息傳遞函數(shù)庫(kù)，可以嵌在C、C+、Fortran 等程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中調(diào)用。實(shí)現(xiàn)并行進(jìn)程之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互通信，傳遞的消息可以是指令、數(shù)據(jù)、同步信號(hào)或中斷信號(hào)。Server HardwareGigaNetMyrinetFast EthernetVIATCP/IPGMMVICHLAM/MPIMPI/PROMPICHParallet Applications圖

17、2.1Beowulf集群組件視圖高性能計(jì)算 MPI 提供的通信規(guī)約主要是阻塞式/同步式（BLOCKING COMMUNICATION）和非阻塞式/異步式（NON-BLOCKING COMMUNICATION），通信應(yīng)答關(guān)系十分嚴(yán)謹(jǐn)，兩種通信方式都支持點(diǎn)點(diǎn)通信和聚合通信。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信包括3種模式:標(biāo)準(zhǔn)(Standard) 模式、同步(Synchronous) 模式和預(yù)備(Ready)模式。聚合通信包括聚合同步和數(shù)據(jù)交換兩方面。聚合同步指調(diào)用該操作的任務(wù)要等到組內(nèi)所有成員都達(dá)到該同步點(diǎn)后才繼續(xù)往下執(zhí)行。高性能計(jì)算 數(shù)據(jù)交換指在一組任務(wù)之間一起進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,它包括4種模式: 廣播(Broadcast)

18、,組內(nèi)一個(gè)成員的數(shù)據(jù)發(fā)送給所有成員； 數(shù)據(jù)分發(fā)(Scatter),組內(nèi)橫向順序數(shù)據(jù)交換轉(zhuǎn)為縱向數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)聚集(Gather),將一個(gè)組內(nèi)縱向數(shù)據(jù)交換按序傳給各個(gè)組； 全數(shù)據(jù)聚集(Alltoall),將所有組內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行縱橫方向的交換。高性能計(jì)算 使用Cluster實(shí)現(xiàn)HPC的關(guān)鍵同樣是將傳統(tǒng)的單進(jìn)程單線程的計(jì)算程序改造為節(jié)點(diǎn)機(jī)上并行進(jìn)程之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互通信的并行計(jì)算程序算法的從新設(shè)計(jì)是最大的難點(diǎn) 對(duì)HPC系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)是以測(cè)試浮點(diǎn)運(yùn)算性能為基準(zhǔn)的。在計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，浮點(diǎn)計(jì)算工作量占很大比例，因此機(jī)器的浮點(diǎn)性能對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用有很大的影響。 高性能計(jì)算 自70年代中期以來(lái)，國(guó)際上曾開(kāi)發(fā)過(guò)

19、一批基于Fortran語(yǔ)言的求解線性代數(shù)方程組的子程序。1979年正式發(fā)表了Linpack包，因?yàn)榫€性代數(shù)方程組在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，這個(gè)軟件包很自然地成為測(cè)試各種不同類(lèi)型機(jī)器性能的測(cè)試程序。Linpack測(cè)試的基準(zhǔn)是用該包的全精度（64位字長(zhǎng)）子程序求解100階線性方程組的速度。測(cè)試的結(jié)果以Mflops（每秒百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算）作單位給出。 Linpack已被國(guó)際上公認(rèn)為各類(lèi)計(jì)算機(jī)的主要測(cè)試程序之一，并成為廣大用戶(hù)采購(gòu)機(jī)器和各計(jì)算機(jī)廠商推銷(xiāo)計(jì)算機(jī)的一項(xiàng)重要性能值表。高性能計(jì)算 隨著高性能并行機(jī)的飛速發(fā)展，原來(lái)Linpack所規(guī)定的求解100階方程組的規(guī)模顯然不能充分反映這些計(jì)算機(jī)的能力。為此到8

20、0年代后期，Linpack中又加上規(guī)模n=1000的最佳測(cè)試結(jié)果，允許根據(jù)各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的具體硬件環(huán)境，修改原來(lái)算法，以盡可能達(dá)到接近峰值的最佳結(jié)果（所謂的“TPP”值，Toward Peak Performance）。HPL（High Performance Linpack）測(cè)試結(jié)果是國(guó)際TOP500排名的重要依據(jù)。 由于測(cè)值的關(guān)聯(lián)因素很多，探索在符合測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的前提下，提高IA架構(gòu)集群性能測(cè)試值的方法仍然是很有意義的研究課題。4. 高可用集群 高可用性（High Availability，HA）集群是共同為客戶(hù)機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)資源的一組計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。其中每一臺(tái)提供服務(wù)的計(jì)算機(jī)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)(Node)。當(dāng)

21、一個(gè)節(jié)點(diǎn)不可用或者不能處理客戶(hù)的請(qǐng)求時(shí)，該請(qǐng)求會(huì)及時(shí)轉(zhuǎn)到另外的可用節(jié)點(diǎn)來(lái)處理，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和不間斷應(yīng)用的目標(biāo), 而這些對(duì)于客戶(hù)端是透明的，客戶(hù)不必關(guān)心要使用資源的具體位置，集群系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)完成。4. 高可用集群 Cluster應(yīng)用可分為三方面：High-Availability(HA)(高可用性集群)、Load Balance(負(fù)載均衡集群)、 High Performance Computing（HPC)(高性能計(jì)算集群)。在集群的這三種基本類(lèi)型之間，經(jīng)常會(huì)發(fā)生混合與交雜。由于保證持續(xù)穩(wěn)定的系統(tǒng)運(yùn)行變得越來(lái)越重要，而傳統(tǒng)意義上的小型機(jī)系統(tǒng)讓普通用戶(hù)望而卻步,用戶(hù)需要更高的可用性以及更低的成

22、本,因而 HA Cluster是信息化工程中迫切需要的一項(xiàng)技術(shù),值得認(rèn)真掌握和潛心探討.4. 高可用集群 HA Cluster 主要用于事務(wù)處理,目前比較典型的商用軟件產(chǎn)品有: Oracle Database 9i 和10g 的RAC(Real Application Cluster)組件; IBM WebSphere 和BEA WebLogic 的WEB應(yīng)用服務(wù)中間件（實(shí)現(xiàn)HA Web服務(wù)器). 刀片式服務(wù)器是這兩種典型應(yīng)用理想的安裝平臺(tái)，這些組件的運(yùn)用與開(kāi)發(fā)具有較高的技術(shù)難度，剖析其實(shí)現(xiàn)機(jī)制和技術(shù)規(guī)范很有必要。這將有助于在集群上開(kāi)發(fā)其它HA軟件產(chǎn)品,比如網(wǎng)絡(luò)信息流的分析監(jiān)控等.4. 高可用

23、集群 事務(wù)處理系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)通常采用TPC測(cè)試.TPC是Transaction Processing Performance Council（事務(wù)處理委員會(huì)）的縮寫(xiě)。TPC系列基準(zhǔn)程序是由TPC開(kāi)發(fā)的評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)事務(wù)處理與數(shù)據(jù)庫(kù)性能的測(cè)試程序，用以評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)在事務(wù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)處理、企業(yè)管理與決策支持系統(tǒng)等方面的性能，其評(píng)測(cè)結(jié)果用每秒完成的事務(wù)處理數(shù)來(lái)表示。TPC基準(zhǔn)測(cè)試程序在商業(yè)范圍內(nèi)建立了用于衡量機(jī)器性能以及性能價(jià)格比的標(biāo)準(zhǔn)。TPC目前主要制定了四種數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)： TPC-C、TPC-W、TPC-R、TPC-H和TPC-W.4. 高可用集群 其中TPC-C用來(lái)測(cè)試Database OLTP(

24、On-Line Transaction Processing，在線聯(lián)機(jī)事務(wù)處理測(cè)試). 主要由相對(duì)簡(jiǎn)單的Read only 和Update請(qǐng)求構(gòu)成，這種基準(zhǔn)測(cè)試項(xiàng)目對(duì)包括查詢(xún)、更新及隊(duì)列式小批量事務(wù)在內(nèi)的廣泛數(shù)據(jù)庫(kù)功能進(jìn)行測(cè)試。它模擬了一個(gè)比較復(fù)雜并具有代表意義的OLTP應(yīng)用環(huán)境大型商品批發(fā)商的貨物管理環(huán)境.許多IT專(zhuān)業(yè)人員將TPC-C視為衡量OLTP系統(tǒng)性能的有效指示器。5. 網(wǎng)格計(jì)算 HPC的趨勢(shì)是與網(wǎng)格結(jié)合。網(wǎng)格計(jì)算(grid computing)可以合理而有效地將遠(yuǎn)程資源高效地組織起來(lái)，形成“網(wǎng)絡(luò)虛擬計(jì)算機(jī)”，以獲得超強(qiáng)的計(jì)算能力。相對(duì)于機(jī)群計(jì)算環(huán)境，它具有范圍更廣、功能更強(qiáng)大、組織和

25、管理更復(fù)雜的特點(diǎn)。同時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的異構(gòu)性、可擴(kuò)展性和網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)特征，使這類(lèi)系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)軟件、并行工具和應(yīng)用程序方面都存在著較大的挑戰(zhàn)。中心機(jī)房多種異構(gòu)的主機(jī)系統(tǒng)，以及高速的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)，可以為網(wǎng)格計(jì)算的研究提供小型仿真環(huán)境。動(dòng)態(tài)虛擬組織B形成后用于解決金融建模問(wèn)題動(dòng)態(tài)虛擬組織A形成后提供天氣預(yù)報(bào)問(wèn)題A 虛擬組織內(nèi)系統(tǒng)資源共享的動(dòng)態(tài)優(yōu)點(diǎn)問(wèn)題B用戶(hù)用戶(hù)虛擬組織是邏輯實(shí)體有限的生命期動(dòng)態(tài)創(chuàng)建以解決特定問(wèn)題為解決問(wèn)題按需分配和供 應(yīng)資源軟件應(yīng)用程序提供者ASP天氣預(yù)報(bào)數(shù)學(xué)建模應(yīng)用 硬件服務(wù)提供者計(jì)算機(jī)集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)帶寬按需LinuxBlade服務(wù)器金融專(zhuān)家服務(wù)提供者C金融

26、建模數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)5. 網(wǎng)格計(jì)算 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的互操作意味著需要開(kāi)發(fā)一套通用協(xié)議，用它來(lái)描述消息的格式和消息交換的規(guī)則。在協(xié)議之上，需要開(kāi)發(fā)一系列服務(wù)，這與建立在TCP/IP協(xié)議上的Web服務(wù)原理相同。在服務(wù)中要定義API，基于這些API再構(gòu)建軟件開(kāi)發(fā)工具(SDK)。 IBM宣布投入數(shù)十億美元研發(fā)網(wǎng)格計(jì)算，與Globus合作開(kāi)發(fā)開(kāi)放的網(wǎng)格計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，并宣稱(chēng)網(wǎng)格的價(jià)值不僅僅限于科學(xué)計(jì)算，商業(yè)應(yīng)用也有很好的前景。于是網(wǎng)格計(jì)算和Globus從幕后走到前臺(tái)，受到前所未有的關(guān)注。 5. 網(wǎng)格計(jì)算 Globus是美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)項(xiàng)目，全美有12所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)參與了該項(xiàng)目。Globus對(duì)資源管理

27、、安全、信息服務(wù)及數(shù)據(jù)管理等網(wǎng)格計(jì)算的關(guān)鍵理論進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)能在各種平臺(tái)上運(yùn)行的網(wǎng)格計(jì)算工具軟件（Toolkit），幫助規(guī)劃和組建大型的網(wǎng)格試驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運(yùn)行的大型應(yīng)用程序。Globus的技術(shù)已在NASA網(wǎng)格(NASA IPG)、歐洲數(shù)據(jù)網(wǎng)格（Data Grid）、美國(guó)國(guó)家技術(shù)網(wǎng)格(NTG)等8個(gè)項(xiàng)目中得到應(yīng)用。目前的Globus 可以認(rèn)為是計(jì)算網(wǎng)格技術(shù)的典型代表和事實(shí)上的規(guī)范。5. 網(wǎng)格計(jì)算 Globus的網(wǎng)格計(jì)算協(xié)議建立在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議之上，以互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中的通信、路由、名字解析等功能為基礎(chǔ)。Globus的協(xié)議分為五層：構(gòu)造層、連接層、資源層、匯集層和應(yīng)用層。每層都有自已的服務(wù)、

28、API和SDK，可以在Java平臺(tái)調(diào)用。目前，Globus體系結(jié)構(gòu)已為一些大型網(wǎng)格應(yīng)用所采用。研究人員已經(jīng)在天氣預(yù)報(bào)、高能物理實(shí)驗(yàn)、航空器研究等領(lǐng)域開(kāi)發(fā)了一些基于Globus網(wǎng)格計(jì)算的應(yīng)用程序，較果較好。雖然這些應(yīng)用雖仍屬試驗(yàn)性質(zhì)，但它至少表明，網(wǎng)格計(jì)算可以勝任不少用超級(jí)計(jì)算機(jī)難以勝任的大型應(yīng)用任務(wù)。 5. 網(wǎng)格計(jì)算 隨著更多的元計(jì)算團(tuán)體加入Globus的研究，它將被開(kāi)發(fā)得更加完善，并將被更多的高級(jí)應(yīng)用軟件調(diào)用。Globus的目標(biāo)是適應(yīng)廣域網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境的計(jì)算，目前這一類(lèi)課題的研究還很艱巨，作為網(wǎng)格計(jì)算中最突出的代表，仍然存在著大量問(wèn)題需要進(jìn)一步研究，其中網(wǎng)格基礎(chǔ)理論的研究主要包含四個(gè)部分：網(wǎng)格

29、的調(diào)度算法、網(wǎng)格的數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)格的性能模型及模擬器、網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)。 5. 網(wǎng)格計(jì)算 在國(guó)內(nèi)，英特爾與中國(guó)教育部宣布，雙方攜手構(gòu)建下一代國(guó)家高等教育網(wǎng)格計(jì)算平臺(tái)。這個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)將在未來(lái)連接中國(guó)100所重點(diǎn)高校，實(shí)現(xiàn)每秒15萬(wàn)億次的計(jì)算能力.國(guó)家教育部則提供超過(guò)2500萬(wàn)人民幣用于應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)，并在今年將中國(guó)教育網(wǎng)的主接點(diǎn)帶寬從2G擴(kuò)容到10G。5. 網(wǎng)格計(jì)算 這個(gè)分為三個(gè)階段的網(wǎng)格計(jì)劃，將涉及生命科學(xué)、材料科學(xué)、石油化工、地震研究甚至商業(yè)金融項(xiàng)目等多個(gè)領(lǐng)域。 此外，中國(guó)還同時(shí)啟動(dòng)了科技部國(guó)家網(wǎng)格以及北京、上海城市網(wǎng)格等多個(gè)網(wǎng)格計(jì)劃，2008年的奧運(yùn)會(huì)以及2010年的上海世博會(huì)，不管是

30、天氣預(yù)報(bào)還是交通信息、醫(yī)療衛(wèi)生，都需要大型的網(wǎng)格系統(tǒng)才能完成作業(yè)。6.接入技術(shù) 網(wǎng)格計(jì)算通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接地理上分布的各類(lèi)計(jì)算機(jī)（包括機(jī)群）、數(shù)據(jù)庫(kù)、 各類(lèi)設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備等，形成對(duì)用戶(hù)相對(duì)透明的虛擬的高性能計(jì)算環(huán)境.在這里，如何實(shí)現(xiàn)各種計(jì)算機(jī)外設(shè)、檢測(cè)與伺服裝置、智能化儀器儀表到高性能計(jì)算系統(tǒng)的接入，就是一個(gè)很有價(jià)值的研究課題。6.接入技術(shù)由于外部設(shè)備通常由單片機(jī)或嵌入式計(jì)算機(jī)控制，計(jì)算資源十分有限，實(shí)現(xiàn)這種接入一方面將極大提高設(shè)備的計(jì)算能力和智能化水平，另方面也將豐富網(wǎng)格的數(shù)據(jù)資源與應(yīng)用范疇。接入網(wǎng)的通信方式可以是有線或無(wú)線，傳輸速率可以是超高速和低速，使用協(xié)議可以是IP或底層的鏈路協(xié)議。事實(shí)上，在目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤