Linux高性能计算集群的设计与实现
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收稿日期：２００８—０２—１８ 作者简介：李红梅，女，安徽淮北人，助教，工作：安徽新华学院。研究方向：软件与理论。
９７１
万方数据
＼．计算机工程应用技术．．．．．．
本栏目责任编辑：贾薇薇
图ຫໍສະໝຸດ Baidu 集群系统架构
快速通信协议与服务； 含单一系统映像（ＳＳＩ）、高可用性（ＨＡ）Ｉ具和资源管理与调度的集群中间件： 诸如消息传递接口（ＭＰＩ）脚等并行编程环境与工具； 串行、并行或分布式等应用。
’
）
５结论
本文在研究高性能计算集群的发展技术及体系结构的基础上，以ＯＳＣＡＲ集群为实例。快速部署一个五结点的集群环境并运行
简单的并行测试例子。高性能计算集群将逐渐替代专用、特别是昂贵的超级计算机对大规模并行应用构建原型、调试和运行。基于
ＰＣｓ或工作站的高性能计算快速部署及其可靠性和可管理性研究，对高性能计算集群在科学研究和工程计算等领域的应用，促进高
ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔＯ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｃｌｕｓｔｅｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＣｓ ｏｒ ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｍ ｒａｐｉｄｌｙ ａｔ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｔｓ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍａｎａｇｅａｂｉｌｉｔｙ．
１引言
自２０世纪９０年代早期以来，昂贵而特制的并行超级计算机逐渐向由单个或多个处理器的ＰＣｓ或工作站¨】组成的价廉、通用、 松耦合的系统转换。而促成该转换的主要驱动力是高性能工作站和网络部件的快速商品化。这些技术的发展使网络化计算机（ＰＣｓ 或工作站）成为并行处理的理想工具．从而导致了普通商品化超级计算机的出现。
本研究课题以５台Ｐｃ８结点，１００Ｍｂｉｆｆｓ以太网互连网络搭建一个ＯＳＣＡＲ集群环境。 （１）硬件环境 管理结点：一台Ｉｎｔｅｌ Ｐｅｎｔｉｕｍ３ ２．０ＧＨｚ处理器，２５６ＭＢ内存，２０ＧＢ硬盘存储。 计算节点：四台Ｉｎｔｅｌ Ｐｅｎｔｉｕｍ３ ２．０ＧＨｚ处理器，２５６ＭＢ内存，２０ＧＢ硬盘存储。 互连网络：１００Ｍｂｉｆｆｓ以太网交换机。 （２）软件环境 操作系统：Ｒｅｄ Ｈａｔ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ＬｉｎｌＬＸ ４。 ＯＳＣＡＲ版本：５．０，已集成以下软件工具包： Ｏｐｅｎ ＭＰＩ １．１．１：并行编程环境： Ｍａｕｌ ３．２．６ｐ１４ ４－Ｔｏｒｑｕｅ ２．０．０ｐ８：作业调度系统； ＳＧＥ ６．０ｕＳ：作业调度系统： ＬＡＭ／ＭＰＩ ７．１．２：并行编程环境： ＭＰＩＣＨ １．２．７：并行编程环境： Ｇａｎｇｌｉａ ３．０．３：集群状态Ｉ监控系统： ＳＣ３：扩展的Ｃ３集群管理工具； Ｎｅｔｂｏｏｔｍ萍＂：管理结点ＰＸＥ启动： ｓｙｎｃ＿ｆｉｌｅｓ ２．４：控制异构集群中用户的数据库： ｐａｃｋｍａｎ ２．８：包抽象管理器； ｓｙｓｔｅｍｉｎｓｔａｌｌｅｒ－ｏｓｃａｒ ２．３．１：应用ｐａｅｋｍａｎ创建映像ｉｍａｇｅ： Ｓｙｓｔｅｍｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｏｒ ２．２．７—１２ｅｆ：安装配置框架。 ＯＳＣＡＲ安装向导用提供了一个图形化界面来帮助用户完成集群系统的 安装和配置。如图２所示。该向导将引导用户方便快捷地进行集群的安装和 配置，用只需要按步骤点击向导按钮．每一个步骤都会有＜Ｈｅｌｐ＞按钮．点击 显示该步骤的目的。 按照此向导逐步执行，最后配置结点从网络启动，等待所有的结点从网 络启动并成功加载映像重启之后，安装向导执行完毕．ＯＳＣＡＲ集群系统的安 装完成。
本栏目责任编辑：贾薇薇
．．．．．．计算机工程应用技术．，／
Ｌｉｎｕｘ高性能计算集群的设计与实现
孕红梅
（安徽新华学院信息工程学院，安徽合肥２３００８８）
摘要：计算机和网络硬件设备逐步实现商品化和标准化，ＰＣ机或工作站的性能越来越高而价格越来越便宜，同时开源Ｌｉｎｕｘ微内核 及集群工具中间件技术也日趋成熟稳定，高性能计算集群逐渐发展起来．并成为主流的高性能计算平台。
Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｃｌｕｓｔｅｒｓ ｔＯ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ，ｄｅｂｕｇ，ａｎｄ ｒｕｎ ｐａｒａｌｌｅｌ ａｐｐｈｃａｔｉｏｎｓ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｐｏｐｕ－
ｅｎｇｉｎｅｅ抽ｇ ｆａｒ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｔＯ ｕｓｉｎｇ ｓｐｅｃｉａｌｉｚｅｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ，ｓｕｐｅｒｃｏｍｐｕｒｉｎｇ ｐｈｆｆｏｒｍｓ．Ｉｔ ｉｓ ｆｕｌｌ ｏｆ ｓｉ．ｇｒｌｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ
４简单并行例子
执行下面一段并行Ｃ语言程序ｈｅＨｏ ｗｏｄｄ，测试ＯＳＣＡＲ集群环境。该 程序打印参与运算的结点主机名及进程ＩＤ，存储为ｂｅｌｌｏ．ｃ，运用ｍｐｉ命令进 行编译、运行：
９７２意万≯方电囊数知据识与接木
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······计算机工程应用技术·
＃ｍｐｉｅｃ一０ ｈｅｌｌｏ ｈｅｌｌｏ．ｅ ＃ｍｐｉｒｕｎ—ｎｐ ４ ｈｅｌｌｏ Ｈｅｌｌｏ Ｗｏｒｌｄ！Ｐｒｏｃｅ￥８ ｌ“４ ０１１ ｏｓｃａｍｏｄｅｌ Ｈｅｌｌｏ Ｗｏｒｌｄ！Ｐｒｏｃｅｓｓ ３ ｏｆ ４ ｏｎ ｏｓｅａｍｏｄｅ２ Ｈｅｌｌｏ Ｗｏｒｌｄ！Ｐｒｏｃｅｓｓ ２ ｏｆ ４ ｏｎ ｏｓｅａｒｎｏｄｅ３ Ｈｅｌｌｏ Ｗｏｒｌｄ！Ｐｒｏｃｅｓｓ ０ ｏｆ ４ ｏｎ ｏｓｃａｍｏｄｅ４
从硬件架构看，集群结点可以是ＰＣｓ、工作站、ＳＭＰ服务器，甚至子集群。但集群各结点在保持本身计算机系统完备性的同时，能 够相互协作。形成单一、集成的计算资源。典型集群系统包括下列结构组件四。如图ｌ所示。
多个高性能计算机（ＰＣｓ、工作站或ＳＭＰ）； 分层或微内核结构的操作系统： 高性能互连网络： 网络接口卡；
Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｃａｓｅ ｓｔｕｄｙ ａｂｏｕｔ ＯＳＣＡＲ．ｃｌｕｓｔｅｒ ｗｉｔｈ ｆｉｖｅ ＰＣｓ ｎｏｄｅｓ ａｎｄ ｆａｓｔ Ｅｔｈｅｍｅｔ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｒｕｎ ｓｏｍｅ ｓｉｍｐｌｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｎ ｉｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ；Ｃｌｕｓｔｅｒ；ＯＳＣＡＲ；ＭＰｌ；Ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ
高性能计算集群逐渐替代专用、昂贵的超级计算机对大规模并行应用构建原型、调试和运行。 基于ＰＣｓ或工作站的高性能计算快速部署及其可靠性和可管理性研究．对高性能计算集群在科学研究和工程计算等领域的 应用．促进高性能计算技术的应用方面具有深远的意义。 本文以ＯＳＣＡＲ．集群为实例，部署一个五结点的集群环境并运行简单的并行测试例子。 关键词：高性能计算；集群；ＯＳＣＡＲ．；ＭＰＩ；并行计算 中图分类号：ＴＰ３１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－３０４４（２００８）１４－２０９７１—略
使用高性能计算集群对并行应用构建原型、调试、运行逐渐替代使用专用，特别是昂贵的并行计算平台。一些集群软件工具套 件已经具有很多的整合性、可管理性、易配置．例如ＯＳＣＡＲ｝＿ｔ等工具套件。研究基于ＰＣｓ或工作站的高性能计算集群快速部署及其 可管理性和可靠性研究，对高性能计算集群在科学研究和工程计算等领域的应用，促进高性能计算技术的应用方面具有深远的意 义。
Ｌｉｎｕｘ－ｂａｓｅｄ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｃｌｕｓｔｅｒｓ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｈｎ＃ｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ＬＩ Ｈｏｎｇ——ｍｅｉ （Ａｒ山ｕｉ ＸｉｎｈＬｌａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３００８８，Ｃｈｕｍ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔＯ ａｃｈｉｅｖｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＰＣｓ ｏｒ ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｍ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｐｒｉｃｅ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｃｈｅａｐｅｒ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｍｎｅ，Ｌｉｎｕｘ ｋｅｒｎｅｌ ａｎｄ ｏｐｅｎ—ｓｏｕｒｃｅ ｃｌｕｓｔｅｒ ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｎ＇ｍｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ．Ｃｌｕｓｔｅｒｓ ａｒｅ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ ｌｌｉｇｌｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ．
性能计算技术的应用方面具有深远的意义。接下来的工作将集中在集群环境的可靠性及可管理性研究，是高性能计算集群更好地 为科学、工程计算服务。
参考文献：
【１】Ｔｈｏｍａｓ Ｅ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｄａｖｉｄ Ｅ．Ｃｕｌｌｅｒ，Ｄａｖｉｄ Ａ．Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ ｅｔ ａ１．，”Ａ Ｃａｓｅ ｆｏｒ ＮＯＷ（Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｏｆ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎｓ），＂ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ
２集群系统架构
高性能计算集群是一种并行处理系统，由多个连接在一起的独立计算机组成，像一个单独集成的计算资源一样协同工作明，用 来解决具有重大挑战的问题。集群是全体计算机（结点）的集合，这些计算机由高性能网络或局域网物理互连。一般情况下，每个计 算机结点是一台ＰＣ机、工作站或ＳＭＰ服务器。重要的是，所有集群结点能一起协同工作，如同一个单一集成的计算资源提供服务。 集群概念带来了许多好处，其中重要的是能用性、可用性、可扩展性和性能价格比。
自１９９４年美国航空航天局（ＮＡＳＡ）的Ｇｏｄｄａｒｄ航天中心采用１６个６６ＭＨｚ处理器的ＰＣｓ和１０Ｍｂｉｔ／ｓ以太网组成了第一个计算 机集群系统（Ｂｅｏｗｕｌｆ Ｃｌｕｓｔｅｒ）ｔ２ｊ以来，随着计算机制造技术的飞速发展，硬件设备逐步实现商品化和标准化，ＰＣ机的性能越来越高而 价格越来越低；同时开源的Ｌｉｎｕｘ操作系统内核及集群工具套件（ＣｌｕｓｔｅｒＴｏｏｌｋｉｔ）也日趋成熟稳定，高性能计算集群逐渐发展起来， 成为主流的高性能计算平台．在２００７年１１月Ｔｏｐ５００的分析报告中，采用集群架构的超级计算机系统已占８１．２０／ｄ３１。
３集群系统构建
２００１年，Ｏｐｅｎ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｃｒｏｕｐ发布开源集群应用资源（Ｏｐｅｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＯＳＣＡＲ）。该集群工具套件具有 以下特点：统一框架中安装、配置和管理集群；基于向导（Ｗｉｚａｒｄ）的集群组件安装；统一的结点映像。ＯＳＣＡＲ集群工具套件提供了构 建和运行一个高性能计算集群所需要的工具。在安装ＯＳＣＡＲ的同时也默认安装了并行编程环境ＭＰＩ、ＰＶＭ及作业凋度系统ＰＢＳ等 软件包。其中系统安装套件（ＳＩＳ），集群控制工具套件（Ｃ３），环境切换器（ｓｗｉｔｃｈｅｒ）和ＯＳＣＡＲ向导用于集群系统的安装和配置。ＳＩＳ 是一个基于映像的安装包，可通过使用ＳＩＳ来引导节点的安装：内核引导，磁盘分区．和操作系统的安装等。Ｃ３方便并行命令的执 行，使用户输入的命令可同时在所有的节点上运行。用户可以用环境切换器来定制环境变量。ＯＳＣＡＲ向导提供了一个图形化界面来 帮助用户完成集群系统的安装和配置。
＃ｉｎｃｌｕｄｅ”ｍｐｉ．ｈ” 撕ｎｃｌｕｄｅ＜ｓｔｄｉｏ．ｈ＞
＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜ｍａｔｈ．ｈ＞ ｉｎｔ ｍａｉｎ（ｉｎｔ ａｒｇｃ，ｃｈａｒ ４ａｒｇｖ［］） ｌｉｎｔ ｍｙｉｄ，ｎｕｍｐｒｏｃｓ； ｉｎｔ ｎａｍｅｌｅｎ； ｃｈａｒ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｎａｍｅ［ＭＰＩ＿ＭＡＸ－ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ ＮＡＭＥ］； ＭＰＩ—Ｉｎｉｔ（＆ａｒｇｃ，＆ａｒｇｖ）； ＭＰＩ＿Ｃｏｍｍ＿ｒａｎｋ（ＭＰｌ＿ＣＯＭＭ＿ＷＯＲＬＤ，＆ｍｙｉｄ）； ＭＰＩ＿Ｃｏｍｍ＿ｓｉｚｅ（ＭＰＩ＿ＣＯＭＭ＿ＷＯＲＬＤ．＆ｎｕｍｐｒｏｃｓ）； ＭＰＩ—Ｇｅｔ＿ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ＿ｎａｍｅ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｎａｍｅ，＆ｎａｍｅｌｅｎ）； ｆｐｒｉｎｆｆ（ｓｔｄｅｒｒ，”Ｈｅｌｌｏ Ｗｏｒｌｄ！Ｐｒｏｃｅｓｓ％ｄ ｏｆ％ｄ ｏｒｌ％ｓ、Ｉｌ”。 ｍｙｉｄ，ｎｕｍｐｒｏｃｓ，ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．．ｎａｍｅ）； ＭＰＩ—Ｆｉｎａｌｉｚｅ０；
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万方数据
＼．计算机工程应用技术．．．．．．
本栏目责任编辑：贾薇薇
图ຫໍສະໝຸດ Baidu 集群系统架构
快速通信协议与服务； 含单一系统映像（ＳＳＩ）、高可用性（ＨＡ）Ｉ具和资源管理与调度的集群中间件： 诸如消息传递接口（ＭＰＩ）脚等并行编程环境与工具； 串行、并行或分布式等应用。
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５结论
本文在研究高性能计算集群的发展技术及体系结构的基础上，以ＯＳＣＡＲ集群为实例。快速部署一个五结点的集群环境并运行
简单的并行测试例子。高性能计算集群将逐渐替代专用、特别是昂贵的超级计算机对大规模并行应用构建原型、调试和运行。基于
ＰＣｓ或工作站的高性能计算快速部署及其可靠性和可管理性研究，对高性能计算集群在科学研究和工程计算等领域的应用，促进高
ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔＯ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｃｌｕｓｔｅｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＣｓ ｏｒ ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｍ ｒａｐｉｄｌｙ ａｔ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｔｓ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍａｎａｇｅａｂｉｌｉｔｙ．
１引言
自２０世纪９０年代早期以来，昂贵而特制的并行超级计算机逐渐向由单个或多个处理器的ＰＣｓ或工作站¨】组成的价廉、通用、 松耦合的系统转换。而促成该转换的主要驱动力是高性能工作站和网络部件的快速商品化。这些技术的发展使网络化计算机（ＰＣｓ 或工作站）成为并行处理的理想工具．从而导致了普通商品化超级计算机的出现。
本研究课题以５台Ｐｃ８结点，１００Ｍｂｉｆｆｓ以太网互连网络搭建一个ＯＳＣＡＲ集群环境。 （１）硬件环境 管理结点：一台Ｉｎｔｅｌ Ｐｅｎｔｉｕｍ３ ２．０ＧＨｚ处理器，２５６ＭＢ内存，２０ＧＢ硬盘存储。 计算节点：四台Ｉｎｔｅｌ Ｐｅｎｔｉｕｍ３ ２．０ＧＨｚ处理器，２５６ＭＢ内存，２０ＧＢ硬盘存储。 互连网络：１００Ｍｂｉｆｆｓ以太网交换机。 （２）软件环境 操作系统：Ｒｅｄ Ｈａｔ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ＬｉｎｌＬＸ ４。 ＯＳＣＡＲ版本：５．０，已集成以下软件工具包： Ｏｐｅｎ ＭＰＩ １．１．１：并行编程环境： Ｍａｕｌ ３．２．６ｐ１４ ４－Ｔｏｒｑｕｅ ２．０．０ｐ８：作业调度系统； ＳＧＥ ６．０ｕＳ：作业调度系统： ＬＡＭ／ＭＰＩ ７．１．２：并行编程环境： ＭＰＩＣＨ １．２．７：并行编程环境： Ｇａｎｇｌｉａ ３．０．３：集群状态Ｉ监控系统： ＳＣ３：扩展的Ｃ３集群管理工具； Ｎｅｔｂｏｏｔｍ萍＂：管理结点ＰＸＥ启动： ｓｙｎｃ＿ｆｉｌｅｓ ２．４：控制异构集群中用户的数据库： ｐａｃｋｍａｎ ２．８：包抽象管理器； ｓｙｓｔｅｍｉｎｓｔａｌｌｅｒ－ｏｓｃａｒ ２．３．１：应用ｐａｅｋｍａｎ创建映像ｉｍａｇｅ： Ｓｙｓｔｅｍｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｏｒ ２．２．７—１２ｅｆ：安装配置框架。 ＯＳＣＡＲ安装向导用提供了一个图形化界面来帮助用户完成集群系统的 安装和配置。如图２所示。该向导将引导用户方便快捷地进行集群的安装和 配置，用只需要按步骤点击向导按钮．每一个步骤都会有＜Ｈｅｌｐ＞按钮．点击 显示该步骤的目的。 按照此向导逐步执行，最后配置结点从网络启动，等待所有的结点从网 络启动并成功加载映像重启之后，安装向导执行完毕．ＯＳＣＡＲ集群系统的安 装完成。
本栏目责任编辑：贾薇薇
．．．．．．计算机工程应用技术．，／
Ｌｉｎｕｘ高性能计算集群的设计与实现
孕红梅
（安徽新华学院信息工程学院，安徽合肥２３００８８）
摘要：计算机和网络硬件设备逐步实现商品化和标准化，ＰＣ机或工作站的性能越来越高而价格越来越便宜，同时开源Ｌｉｎｕｘ微内核 及集群工具中间件技术也日趋成熟稳定，高性能计算集群逐渐发展起来．并成为主流的高性能计算平台。
Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｃｌｕｓｔｅｒｓ ｔＯ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ，ｄｅｂｕｇ，ａｎｄ ｒｕｎ ｐａｒａｌｌｅｌ ａｐｐｈｃａｔｉｏｎｓ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｐｏｐｕ－
ｅｎｇｉｎｅｅ抽ｇ ｆａｒ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｔＯ ｕｓｉｎｇ ｓｐｅｃｉａｌｉｚｅｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ，ｓｕｐｅｒｃｏｍｐｕｒｉｎｇ ｐｈｆｆｏｒｍｓ．Ｉｔ ｉｓ ｆｕｌｌ ｏｆ ｓｉ．ｇｒｌｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ
４简单并行例子
执行下面一段并行Ｃ语言程序ｈｅＨｏ ｗｏｄｄ，测试ＯＳＣＡＲ集群环境。该 程序打印参与运算的结点主机名及进程ＩＤ，存储为ｂｅｌｌｏ．ｃ，运用ｍｐｉ命令进 行编译、运行：
９７２意万≯方电囊数知据识与接木
本栏目责任编辑：贾薇薇
······计算机工程应用技术·
＃ｍｐｉｅｃ一０ ｈｅｌｌｏ ｈｅｌｌｏ．ｅ ＃ｍｐｉｒｕｎ—ｎｐ ４ ｈｅｌｌｏ Ｈｅｌｌｏ Ｗｏｒｌｄ！Ｐｒｏｃｅ￥８ ｌ“４ ０１１ ｏｓｃａｍｏｄｅｌ Ｈｅｌｌｏ Ｗｏｒｌｄ！Ｐｒｏｃｅｓｓ ３ ｏｆ ４ ｏｎ ｏｓｅａｍｏｄｅ２ Ｈｅｌｌｏ Ｗｏｒｌｄ！Ｐｒｏｃｅｓｓ ２ ｏｆ ４ ｏｎ ｏｓｅａｒｎｏｄｅ３ Ｈｅｌｌｏ Ｗｏｒｌｄ！Ｐｒｏｃｅｓｓ ０ ｏｆ ４ ｏｎ ｏｓｃａｍｏｄｅ４
从硬件架构看，集群结点可以是ＰＣｓ、工作站、ＳＭＰ服务器，甚至子集群。但集群各结点在保持本身计算机系统完备性的同时，能 够相互协作。形成单一、集成的计算资源。典型集群系统包括下列结构组件四。如图ｌ所示。
多个高性能计算机（ＰＣｓ、工作站或ＳＭＰ）； 分层或微内核结构的操作系统： 高性能互连网络： 网络接口卡；
Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｃａｓｅ ｓｔｕｄｙ ａｂｏｕｔ ＯＳＣＡＲ．ｃｌｕｓｔｅｒ ｗｉｔｈ ｆｉｖｅ ＰＣｓ ｎｏｄｅｓ ａｎｄ ｆａｓｔ Ｅｔｈｅｍｅｔ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｒｕｎ ｓｏｍｅ ｓｉｍｐｌｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｎ ｉｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ；Ｃｌｕｓｔｅｒ；ＯＳＣＡＲ；ＭＰｌ；Ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ
高性能计算集群逐渐替代专用、昂贵的超级计算机对大规模并行应用构建原型、调试和运行。 基于ＰＣｓ或工作站的高性能计算快速部署及其可靠性和可管理性研究．对高性能计算集群在科学研究和工程计算等领域的 应用．促进高性能计算技术的应用方面具有深远的意义。 本文以ＯＳＣＡＲ．集群为实例，部署一个五结点的集群环境并运行简单的并行测试例子。 关键词：高性能计算；集群；ＯＳＣＡＲ．；ＭＰＩ；并行计算 中图分类号：ＴＰ３１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－３０４４（２００８）１４－２０９７１—略
使用高性能计算集群对并行应用构建原型、调试、运行逐渐替代使用专用，特别是昂贵的并行计算平台。一些集群软件工具套 件已经具有很多的整合性、可管理性、易配置．例如ＯＳＣＡＲ｝＿ｔ等工具套件。研究基于ＰＣｓ或工作站的高性能计算集群快速部署及其 可管理性和可靠性研究，对高性能计算集群在科学研究和工程计算等领域的应用，促进高性能计算技术的应用方面具有深远的意 义。
Ｌｉｎｕｘ－ｂａｓｅｄ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｃｌｕｓｔｅｒｓ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｈｎ＃ｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ＬＩ Ｈｏｎｇ——ｍｅｉ （Ａｒ山ｕｉ ＸｉｎｈＬｌａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３００８８，Ｃｈｕｍ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔＯ ａｃｈｉｅｖｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＰＣｓ ｏｒ ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｍ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｐｒｉｃｅ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｃｈｅａｐｅｒ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｍｎｅ，Ｌｉｎｕｘ ｋｅｒｎｅｌ ａｎｄ ｏｐｅｎ—ｓｏｕｒｃｅ ｃｌｕｓｔｅｒ ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｎ＇ｍｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ．Ｃｌｕｓｔｅｒｓ ａｒｅ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ ｌｌｉｇｌｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ．
性能计算技术的应用方面具有深远的意义。接下来的工作将集中在集群环境的可靠性及可管理性研究，是高性能计算集群更好地 为科学、工程计算服务。
参考文献：
【１】Ｔｈｏｍａｓ Ｅ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｄａｖｉｄ Ｅ．Ｃｕｌｌｅｒ，Ｄａｖｉｄ Ａ．Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ ｅｔ ａ１．，”Ａ Ｃａｓｅ ｆｏｒ ＮＯＷ（Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｏｆ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎｓ），＂ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ
２集群系统架构
高性能计算集群是一种并行处理系统，由多个连接在一起的独立计算机组成，像一个单独集成的计算资源一样协同工作明，用 来解决具有重大挑战的问题。集群是全体计算机（结点）的集合，这些计算机由高性能网络或局域网物理互连。一般情况下，每个计 算机结点是一台ＰＣ机、工作站或ＳＭＰ服务器。重要的是，所有集群结点能一起协同工作，如同一个单一集成的计算资源提供服务。 集群概念带来了许多好处，其中重要的是能用性、可用性、可扩展性和性能价格比。
自１９９４年美国航空航天局（ＮＡＳＡ）的Ｇｏｄｄａｒｄ航天中心采用１６个６６ＭＨｚ处理器的ＰＣｓ和１０Ｍｂｉｔ／ｓ以太网组成了第一个计算 机集群系统（Ｂｅｏｗｕｌｆ Ｃｌｕｓｔｅｒ）ｔ２ｊ以来，随着计算机制造技术的飞速发展，硬件设备逐步实现商品化和标准化，ＰＣ机的性能越来越高而 价格越来越低；同时开源的Ｌｉｎｕｘ操作系统内核及集群工具套件（ＣｌｕｓｔｅｒＴｏｏｌｋｉｔ）也日趋成熟稳定，高性能计算集群逐渐发展起来， 成为主流的高性能计算平台．在２００７年１１月Ｔｏｐ５００的分析报告中，采用集群架构的超级计算机系统已占８１．２０／ｄ３１。
３集群系统构建
２００１年，Ｏｐｅｎ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｃｒｏｕｐ发布开源集群应用资源（Ｏｐｅｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＯＳＣＡＲ）。该集群工具套件具有 以下特点：统一框架中安装、配置和管理集群；基于向导（Ｗｉｚａｒｄ）的集群组件安装；统一的结点映像。ＯＳＣＡＲ集群工具套件提供了构 建和运行一个高性能计算集群所需要的工具。在安装ＯＳＣＡＲ的同时也默认安装了并行编程环境ＭＰＩ、ＰＶＭ及作业凋度系统ＰＢＳ等 软件包。其中系统安装套件（ＳＩＳ），集群控制工具套件（Ｃ３），环境切换器（ｓｗｉｔｃｈｅｒ）和ＯＳＣＡＲ向导用于集群系统的安装和配置。ＳＩＳ 是一个基于映像的安装包，可通过使用ＳＩＳ来引导节点的安装：内核引导，磁盘分区．和操作系统的安装等。Ｃ３方便并行命令的执 行，使用户输入的命令可同时在所有的节点上运行。用户可以用环境切换器来定制环境变量。ＯＳＣＡＲ向导提供了一个图形化界面来 帮助用户完成集群系统的安装和配置。
＃ｉｎｃｌｕｄｅ”ｍｐｉ．ｈ” 撕ｎｃｌｕｄｅ＜ｓｔｄｉｏ．ｈ＞
＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜ｍａｔｈ．ｈ＞ ｉｎｔ ｍａｉｎ（ｉｎｔ ａｒｇｃ，ｃｈａｒ ４ａｒｇｖ［］） ｌｉｎｔ ｍｙｉｄ，ｎｕｍｐｒｏｃｓ； ｉｎｔ ｎａｍｅｌｅｎ； ｃｈａｒ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｎａｍｅ［ＭＰＩ＿ＭＡＸ－ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ ＮＡＭＥ］； ＭＰＩ—Ｉｎｉｔ（＆ａｒｇｃ，＆ａｒｇｖ）； ＭＰＩ＿Ｃｏｍｍ＿ｒａｎｋ（ＭＰｌ＿ＣＯＭＭ＿ＷＯＲＬＤ，＆ｍｙｉｄ）； ＭＰＩ＿Ｃｏｍｍ＿ｓｉｚｅ（ＭＰＩ＿ＣＯＭＭ＿ＷＯＲＬＤ．＆ｎｕｍｐｒｏｃｓ）； ＭＰＩ—Ｇｅｔ＿ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ＿ｎａｍｅ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｎａｍｅ，＆ｎａｍｅｌｅｎ）； ｆｐｒｉｎｆｆ（ｓｔｄｅｒｒ，”Ｈｅｌｌｏ Ｗｏｒｌｄ！Ｐｒｏｃｅｓｓ％ｄ ｏｆ％ｄ ｏｒｌ％ｓ、Ｉｌ”。 ｍｙｉｄ，ｎｕｍｐｒｏｃｓ，ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．．ｎａｍｅ）； ＭＰＩ—Ｆｉｎａｌｉｚｅ０；