體系論文答辯<王上丹（033290）姚雯（033347）>銷(xiāo)售信

第一頁(yè)，共三十一頁(yè)。引言一個(gè)銀行需要一臺(tái)主機(jī)用來(lái)存放所有的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要在即使地震，機(jī)房倒塌，也要保證所有的遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)都能達(dá)到，我們需要什么？一個(gè)小公司剛起步時(shí)需要一個(gè)服務(wù)器，但是因?yàn)橘Y金有限，只能購(gòu)買(mǎi)相對(duì)數(shù)量和性能都較差的多處理機(jī)，但是不排除以后會(huì)對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí)，我們需要什么？現(xiàn)在你試圖解決一個(gè)數(shù)學(xué)上的難題，一個(gè)需要進(jìn)行數(shù)億次上的計(jì)算，但是你又無(wú)力購(gòu)買(mǎi)一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)，此時(shí)你會(huì)怎么辦？第二頁(yè)，共三十一頁(yè)。標(biāo)題主標(biāo)題：多處理計(jì)算機(jī)導(dǎo)論副標(biāo)題：淺談集群計(jì)算機(jī)技術(shù)作者：王上丹姚雯時(shí)間：2006年6月第三頁(yè)，共三十一頁(yè)。內(nèi)容摘要摘要：使用計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)進(jìn)行并行計(jì)算是一種既經(jīng)濟(jì)又高效的解決方法，開(kāi)發(fā)資源豐富，成本低廉。隨著應(yīng)用程序和各種計(jì)算對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求的不斷提高，集群系統(tǒng)將成為有效解決這以問(wèn)題的可行的途徑。本文主要通過(guò)對(duì)集群系統(tǒng)（設(shè)計(jì)原理，需要解決的問(wèn)題，軟硬件需求等）的分析和研究來(lái)學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)中集群計(jì)算系統(tǒng)以及分布式計(jì)算的相關(guān)知識(shí)，并希望通過(guò)這樣的學(xué)習(xí)，可以更好的理解和學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)中的相關(guān)知識(shí)。第四頁(yè)，共三十一頁(yè)。目錄摘要及關(guān)鍵詞概述集群計(jì)算技術(shù)簡(jiǎn)介集群計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理集群技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn)結(jié)束語(yǔ)第五頁(yè)，共三十一頁(yè)。選題選題目的：選擇集群技術(shù)作為本論文的研究對(duì)象，主要是希望對(duì)其的學(xué)習(xí)能夠?qū)Χ嗵幚頇C(jī)的系統(tǒng)有所了解，以集群系統(tǒng)為主，研究高性能和高擴(kuò)展性以及高可用性計(jì)算機(jī)。背景介紹：早在20世紀(jì)60年代，IBM公司就提出了集群計(jì)算機(jī)的概念，但是當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)以及制造業(yè)的落后，使得集群計(jì)算機(jī)只能停留在藍(lán)圖上，但是到了80年代，隨著計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，集群系統(tǒng)才開(kāi)始慢慢進(jìn)入研究室，進(jìn)入工廠，如今，集群計(jì)算機(jī)以其高的性?xún)r(jià)比獲得市場(chǎng)的認(rèn)可，因而成為目前市場(chǎng)的主流。第六頁(yè)，共三十一頁(yè)。相關(guān)概念介紹集群技術(shù) 集群是一種并行或分布式多處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由兩個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接而成。節(jié)點(diǎn)可以是一臺(tái)PC機(jī)，也可以是工作站或者SMP，分別構(gòu)成PC集群，工作站集群，SMP集群。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都由單獨(dú)的處理器、主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器、I/O接口及操作系統(tǒng)。可以單獨(dú)執(zhí)行串行應(yīng)用程序，也可以作為集群中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行并行的應(yīng)用程序，協(xié)同完成并行任務(wù)。第七頁(yè)，共三十一頁(yè)。相關(guān)概念介紹高可用性計(jì)算集群技術(shù)：是指以減少服務(wù)中斷（宕機(jī)）時(shí)間為目的的服務(wù)器集群技術(shù)。高性能計(jì)算集群技術(shù)：是指以提高科學(xué)計(jì)算能力為目的計(jì)算機(jī)集群技術(shù)。高可擴(kuò)展性集群技術(shù)：是帶均衡策略（算法）的服務(wù)器群集。負(fù)載均衡群集：在多節(jié)點(diǎn)之間按照一定的策略（算法）分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算處理負(fù)載。負(fù)載均衡建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上，它提供了一種廉價(jià)有效的方法來(lái)擴(kuò)展服務(wù)器帶寬，增加吞吐量，提高數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)又可以避免單點(diǎn)故障。

第八頁(yè)，共三十一頁(yè)。集群計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)粗略圖集群中間件Pc/工作站（處理器，存儲(chǔ)器，I/O，操作系統(tǒng)等）Pc/工作站（處理器，存儲(chǔ)器，I/O，操作系統(tǒng)等）Pc/工作站（處理器，存儲(chǔ)器，I/O，操作系統(tǒng)等）高速網(wǎng)絡(luò)串行程序并行程序下文中將進(jìn)行詳細(xì)的闡述第九頁(yè)，共三十一頁(yè)。內(nèi)容介紹集群架構(gòu)資源管理和負(fù)載平衡集群硬件（集群中間件）集群軟件平臺(tái)集群的三大技術(shù)技術(shù)支持（負(fù)載均衡算法）集群計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn)和發(fā)展第十頁(yè)，共三十一頁(yè)。集群架構(gòu)目前常見(jiàn)的集群架構(gòu)有兩種：Web/InternetClusterSystem和平行運(yùn)算（ParallelAlgorithmsClusterSystem）。前者主要將資料放置在不同的主機(jī)上，亦即由多部主機(jī)同時(shí)負(fù)責(zé)一項(xiàng)服務(wù)；后者將同一個(gè)運(yùn)算的工作，交給整個(gè)Cluster里面的所有的CPU來(lái)進(jìn)行同步運(yùn)算，由于使用到多個(gè)CPU的運(yùn)算能力，所以可以加快運(yùn)算的速度。第十一頁(yè)，共三十一頁(yè)。資源管理和負(fù)載平衡資源（包括CPU，存儲(chǔ)設(shè)備，I/O等）管理與調(diào)度：是集群計(jì)算技術(shù)中一個(gè)非常重要的方面，從系統(tǒng)的角度來(lái)看，集群系統(tǒng)的資源使用率是最重要的問(wèn)題。系統(tǒng)資源使用越高，說(shuō)明系統(tǒng)的吞吐能力越大，資源共享的效果也越好。 負(fù)載平衡的實(shí)現(xiàn)機(jī)制有兩種：初始放置或者遠(yuǎn)程執(zhí)行，初始放置技術(shù)是當(dāng)進(jìn)程在某一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生時(shí)，根據(jù)負(fù)載平衡的要求將進(jìn)程轉(zhuǎn)移到其它的節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程執(zhí)行的方法。第十二頁(yè)，共三十一頁(yè)。集群硬件集群中間件集群中間件處于節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)與用戶(hù)環(huán)境之間，它與操作系統(tǒng)一起為所有的節(jié)點(diǎn)提供訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)資源的各種途徑，集群系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)集中體現(xiàn)在支持應(yīng)用程序的資源管理，系統(tǒng)可擴(kuò)展性和可用性的完全透明。中間件應(yīng)提供以下主要服務(wù)： 唯一地址空間：唯一用戶(hù)界面：唯一的進(jìn)程空間：檢查點(diǎn)設(shè)置： 除此以外，還包括單點(diǎn)管理和控制、唯一虛擬網(wǎng)絡(luò)，唯一文件層次等功能。第十三頁(yè)，共三十一頁(yè)。集群軟件平臺(tái)操作系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)Solaris操作系統(tǒng)WindowsNT操作系統(tǒng)編程環(huán)境 集群中的每一個(gè)用戶(hù)可以使用不同的編程工具，開(kāi)發(fā)和調(diào)試自己的分布式成熟，因此，集群環(huán)境應(yīng)該包括接口，API和傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具等等，共同為用戶(hù)提供豐富的開(kāi)發(fā)環(huán)境。PVM：并行虛擬機(jī)。MPI：消息傳遞接口。例子，M第十四頁(yè)，共三十一頁(yè)。集群的三大技術(shù)高可用性集群技術(shù)（HighAvailabilityCluster(HACluster)）高性能計(jì)算集群技術(shù)HighPerformanceComputingCluster(HPCCluster)高可擴(kuò)展性集群技術(shù)第十五頁(yè)，共三十一頁(yè)。技術(shù)支持（負(fù)載平衡算法）負(fù)載均衡的作用就像輪流值日制度，把任務(wù)分給大家來(lái)完成，以免讓一個(gè)人過(guò)度勞累。但是與輪流值日制度不同的是，負(fù)載均衡是一種動(dòng)態(tài)均衡，它通過(guò)一些工具實(shí)時(shí)地分析數(shù)據(jù)包，掌握網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量狀況，把任務(wù)理分配出去。對(duì)于不同的應(yīng)用環(huán)境（如電子商務(wù)網(wǎng)站，它的計(jì)算負(fù)荷大；再如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用，讀寫(xiě)頻繁，服務(wù)器的存儲(chǔ)子系統(tǒng)系統(tǒng)面臨很大壓力；再如視頻服務(wù)應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸量大，網(wǎng)絡(luò)接口負(fù)擔(dān)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(fù)載均衡既可以設(shè)置專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)關(guān)、負(fù)載均衡器，也可以通過(guò)一些專(zhuān)用軟件與協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。在OSI七層協(xié)議模型中的第二（數(shù)據(jù)鏈路層）、第三（網(wǎng)絡(luò)層）、第四（傳輸層）、第七層（應(yīng)用層）都有相應(yīng)的負(fù)載均衡策略（算法），在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的原理是根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的MAC地址選擇不同的路徑；在網(wǎng)絡(luò)層上可利用基于IP地址的分配方式將數(shù)據(jù)流疏通到多個(gè)節(jié)點(diǎn)；而傳輸層和應(yīng)用層的交換（Switch），本身便是一種基于訪(fǎng)問(wèn)流量的控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載均衡。

第十六頁(yè)，共三十一頁(yè)。技術(shù)支持（負(fù)載平衡算法）目前，基于均衡算法主要有三種：輪循（Round-Robin）、最小連接數(shù)（LeastConnectionsFirst），和快速響應(yīng)優(yōu)先（FasterResponsePrecedence）。輪循算法，就是將來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求依次分配給集群中的服務(wù)器進(jìn)行處理。最小連接數(shù)算法，就是為集群中的每臺(tái)服務(wù)器設(shè)置一個(gè)記數(shù)器，記錄每個(gè)服務(wù)器當(dāng)前的連接數(shù)，負(fù)載均衡系統(tǒng)總是選擇當(dāng)前連接數(shù)最少的服務(wù)器分配任務(wù)。這要比"輪循算法"好很多，因?yàn)樵谟行﹫?chǎng)合中，簡(jiǎn)單的輪循不能判斷哪個(gè)服務(wù)器的負(fù)載更低，也許新的工作又被分配給了一個(gè)已經(jīng)很忙的服務(wù)器了。快速響應(yīng)優(yōu)先算法，是根據(jù)群集中的服務(wù)器狀態(tài)（CPU、內(nèi)存等主要處理部分）來(lái)分配任務(wù)。這一點(diǎn)很難做到，事實(shí)上到目前為止，采用這個(gè)算法的負(fù)載均衡系統(tǒng)還很少。尤其對(duì)于硬件負(fù)載均衡設(shè)備來(lái)說(shuō)，只能在TCP/IP協(xié)議方面做工作，幾乎不可能深入到服務(wù)器的處理系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是它是未來(lái)發(fā)展的方向。

第十七頁(yè)，共三十一頁(yè)。集群計(jì)算的發(fā)展和挑戰(zhàn)面臨的挑戰(zhàn)分布式計(jì)算式程序（指那些相對(duì)適合進(jìn)行分布式計(jì)算的程序）的開(kāi)發(fā)和普及。集群中的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的提高。技術(shù)的推廣和普及發(fā)展的趨勢(shì)目前的情況未來(lái)的發(fā)展第十八頁(yè)，共三十一頁(yè)。2003年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（一）第十九頁(yè)，共三十一頁(yè)。2003年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（二）第二十頁(yè)，共三十一頁(yè)。2003年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（三）第二十一頁(yè)，共三十一頁(yè)。2003年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（四）第二十二頁(yè)，共三十一頁(yè)。未來(lái)的發(fā)展（一）64位系統(tǒng)逐漸成為主流種商業(yè)化的高速互連網(wǎng)絡(luò)SAN系統(tǒng)作為集群的存儲(chǔ)設(shè)備科學(xué)計(jì)算大規(guī)模模擬應(yīng)用三維網(wǎng)格模擬應(yīng)用所需的內(nèi)存可以輕易突破2GB生物信息學(xué)基因拼接等應(yīng)用需要大量的內(nèi)存，實(shí)際應(yīng)用中內(nèi)存不足是主要問(wèn)題之一素?cái)?shù)運(yùn)算需要用到大量64位整數(shù)運(yùn)算和大內(nèi)存第二十三頁(yè)，共三十一頁(yè)。未來(lái)的發(fā)展（二）商業(yè)應(yīng)用海量數(shù)據(jù)處理DBinmemory媒體播放服務(wù)器大內(nèi)存高內(nèi)存帶寬減少訪(fǎng)問(wèn)磁盤(pán)次數(shù)，可將性能提高近一個(gè)數(shù)量級(jí)引發(fā)新的設(shè)計(jì)理念現(xiàn)有的很多算法是基于內(nèi)存不足設(shè)計(jì)的，因此很多精力花費(fèi)在用時(shí)間換取空間上64位系統(tǒng)提供了訪(fǎng)問(wèn)更大內(nèi)存的機(jī)會(huì)，因此很多應(yīng)用可能要基于新的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，以獲得64位所帶來(lái)的好處并非所有用戶(hù)都需要現(xiàn)在就轉(zhuǎn)向64位代碼膨脹，性能反而可能會(huì)下降需要根據(jù)自己的應(yīng)用特性來(lái)分析是否需要2GB以上的內(nèi)存是否有大量64位整數(shù)運(yùn)算第二十四頁(yè)，共三十一頁(yè)。題外話(huà)2003年一年，全美總計(jì)被淘汰的pc數(shù)量是4000萬(wàn)臺(tái)，這些pc不是因?yàn)椴考p壞，而是因?yàn)樾阅艿穆浜蠖惶蕴?。中?guó)2004年淘汰的pc數(shù)量為350萬(wàn)臺(tái)。。。。。。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(fèi)。由于被淘汰的pc很多沒(méi)有被很好的處理，這些pc不光造成了資源的浪費(fèi)也成為電子污染物。設(shè)想！??！如果你可以通過(guò)兩臺(tái)性能一般的電腦來(lái)達(dá)到一臺(tái)性能很強(qiáng)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(jì)算機(jī)技術(shù)有其非常強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。合理地普及這樣的技術(shù)，可以節(jié)省很多的資源，并且提高pc利用率。第二十五頁(yè)，共三十一頁(yè)。結(jié)束語(yǔ)高性能計(jì)算集群綜合了多臺(tái)計(jì)算結(jié)或節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，集群的存儲(chǔ)空間在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上聚集了巨大的資源。通過(guò)一種有效的方式來(lái)開(kāi)發(fā)和利用這些分布式的資源，我們可以將可以開(kāi)發(fā)出超高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。而使用何種方式來(lái)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)。隨著科技的不斷發(fā)展，集群系統(tǒng)和專(zhuān)用的并行計(jì)算機(jī)之間的差距會(huì)越來(lái)越小，而集群系統(tǒng)又比專(zhuān)用并行計(jì)算機(jī)有著更多的優(yōu)點(diǎn)，這是一種更為經(jīng)濟(jì)的方法，并且一定意義上可以充分利用那些已被淘汰的計(jì)算機(jī)，不但減少了很多污染還節(jié)省了很多資源。不能發(fā)現(xiàn)，不久的將來(lái)，集群計(jì)算機(jī)必將成為未來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，也必然將成為未來(lái)高性能計(jì)算機(jī)的主角。第二十六頁(yè)，共三十一頁(yè)。收獲和不足收獲：通過(guò)這次論文，對(duì)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(xiě)作了準(zhǔn)備。通過(guò)對(duì)集群系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，對(duì)集群系統(tǒng)有了一個(gè)全面的了解，擴(kuò)展自己的知識(shí)面。在整個(gè)論文的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)資料的整理，提高了自己的學(xué)習(xí)和搜索能力。第二十七頁(yè)，共三十一頁(yè)。收獲和不足不足：選題的時(shí)候不夠慎重并且目的性不明確，導(dǎo)致了最后由于面太廣成了科普文。并不像學(xué)術(shù)論文。資料的來(lái)源要找最新的學(xué)術(shù)文章，避免找老資料，因?yàn)榧夹g(shù)和學(xué)科都會(huì)變化。要多和其他的同學(xué)，老師交流，可以得到很多寶貴的建議。由于條件不允許缺少實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)。因?yàn)樽詈笮薷牡帽容^倉(cāng)促，所以可能有些排版的問(wèn)題。第二十八頁(yè)，共三十一頁(yè)。參考文獻(xiàn)第二十九頁(yè)，共三十一頁(yè)。致謝

謝謝大家?。nyquestion?

第三十頁(yè)，共三十一頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)體系論文答辯。隨著應(yīng)用程序和各種計(jì)算對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求的不斷提高，集群系統(tǒng)將成為有效解決這以問(wèn)題