基于高性能運算PC集群綜合優(yōu)化技術(shù)的分析

孫磊

摘 要 PC集群的高性能運算可提高地震資料的處理速度，而如何進(jìn)一步優(yōu)化，提升其應(yīng)用性能，已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的焦點。本文是以應(yīng)用軟件為載體，從數(shù)據(jù)處理、定位等方面提出優(yōu)化方案，引入不同的技術(shù)，以優(yōu)化系統(tǒng)的處理，加快處理速度，進(jìn)而實現(xiàn)PC集群優(yōu)化的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 高性能運算；PC集群；系統(tǒng)優(yōu)化

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）16-0132-02

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，PC集群在多個領(lǐng)域多有應(yīng)用，特別是在軍事、國防等領(lǐng)域的應(yīng)用，可加快這些行業(yè)的發(fā)展。以石油勘探地震資料處理為例，是PC集群主要應(yīng)用的領(lǐng)域，其使用量不斷增加，加快了PC集群的發(fā)展，并優(yōu)化了各關(guān)鍵零部件的使用。

1 高性能運算PC集群綜合優(yōu)化的技術(shù)方案

PC集群是為需要運用高性能運算行業(yè)提供服務(wù)，可以從中總結(jié)各行各業(yè)的特點，滿足其基礎(chǔ)所需，只是其側(cè)重于不同的方面，特別是對于石油勘探地震資料的處理，可以滿足大量數(shù)據(jù)快速運算的要求，但廠家在這方面的考慮還有待加強。其只是根據(jù)整合行業(yè)的選擇，或是自己以往的工作經(jīng)驗，選擇使用的系統(tǒng)，而PC集群系統(tǒng)有多個技術(shù)原理，需使用不同設(shè)備，廠家選擇的系統(tǒng)很少可以直接與地震資料處理的軟件匹配，且需求并不一致。所以，系統(tǒng)應(yīng)用后需要二次調(diào)試，優(yōu)化性能，根據(jù)對應(yīng)軟件提出的要求，從硬件平臺與系統(tǒng)入手，把硬件設(shè)備的特性作為前提，搜集運行數(shù)據(jù)，找到運行效率無法提升的限制，由此給出系統(tǒng)性能提升的方案，再根據(jù)方案內(nèi)容，調(diào)整硬件，均衡配置，進(jìn)一步開發(fā)程序，使地震資料的處理達(dá)到最優(yōu)，提升PC集群的性能[1]。

根據(jù)PC集群應(yīng)用的特點，以及硬件與系統(tǒng)性能的開發(fā)，其優(yōu)化包括以下幾方面，有網(wǎng)絡(luò)交換、節(jié)點配置的升級、BIOS參數(shù)調(diào)優(yōu)、系統(tǒng)服務(wù)等，加以優(yōu)化。

2 高性能運算PC集群綜合優(yōu)化的技術(shù)落實

2.1 網(wǎng)絡(luò)交換與系統(tǒng)服務(wù)

2.1.1 網(wǎng)絡(luò)交換

現(xiàn)在用于地震資料計算的PC集群系統(tǒng)構(gòu)成的計算機，共有123個計算節(jié)點，每個管理節(jié)點和I/O節(jié)點，都是用網(wǎng)絡(luò)交換機實現(xiàn)交換，而數(shù)個計算節(jié)點均勻分布在多個刀片中心上，平均每個刀片中心有14個計算節(jié)點。但因為受到技術(shù)的影響，每個刀片中心只可以用1個網(wǎng)絡(luò)模塊處理信息，共用4個千兆的網(wǎng)絡(luò)寬帶?；谠撓到y(tǒng)對處理評價做出綜合性的分析后，得出其瓶頸是網(wǎng)絡(luò)運行受到阻礙，且數(shù)據(jù)交換也不易進(jìn)行，降低了PC集群的性能。其優(yōu)化方案為：把網(wǎng)絡(luò)直通模塊升級。即對系統(tǒng)內(nèi)的部分零件進(jìn)行調(diào)整，以刀片中心電力正常供應(yīng)為前提，使用新的網(wǎng)絡(luò)直通模塊，運用網(wǎng)絡(luò)直通技術(shù)，確保任意一個刀片上的千兆節(jié)點都可以提速，從原有的286Mb/s提升為1 000Mb/s，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸性能，消除網(wǎng)絡(luò)瓶頸。

升級核心網(wǎng)絡(luò)交換機。網(wǎng)絡(luò)模塊實現(xiàn)升級后，原有核心網(wǎng)絡(luò)交換機的性能已無法滿足運行需求，特別是端口的密度與背板的帶寬，故經(jīng)過分析，可以用Foundry RX16代替Cisco4506，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級，增加網(wǎng)絡(luò)的背板帶寬，加快數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?/p>

2.1.2 系統(tǒng)服務(wù)

PC集群內(nèi)各個節(jié)點的在系統(tǒng)內(nèi)的使用，是以優(yōu)化系統(tǒng)運行為前提，對功能進(jìn)行定制，再完成安裝。即根據(jù)系統(tǒng)的對功能的要求，除必要的管理節(jié)點外，把I/O與計算所需的節(jié)點按照字符模式的方式排列，并設(shè)置為默認(rèn)啟動，同時，減少虛擬控制臺的操作，從多個終端中選擇一個虛擬終端，以減少資源的過度使用。另其可以把不需要的服務(wù)關(guān)閉[2]。

2.2 節(jié)點配置與BIOS參數(shù)

2.2.1 節(jié)點配置

處理地震資料的軟件有 Omega、Geocluster等，這些軟件中，某些運算模塊需優(yōu)化節(jié)點的功能，有特殊要求。以O(shè)mega為例，其分析并處理地震信息時，對于疊前時間偏移模塊的處理，需要大量的內(nèi)存，而運行地表一致性類工作的模塊時，除了需要較大的內(nèi)存，同時也需容量較大的內(nèi)置磁盤。而Geocluster運行時，與Omega提出的要求基本相同，但它疊前深度偏移模塊操作的過程中，要求加快數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋瑢鬏斔俣忍岢隽烁叩囊?。所以，PC集群是預(yù)先了解處理板塊與模塊的要求，把某些節(jié)點升級，其主要包括I/O與計算節(jié)點的內(nèi)存，以及計算節(jié)點的內(nèi)置磁盤。這兩個節(jié)點的配置與功能提升后，可優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)吞吐以及系統(tǒng)的運算，能夠從大量的數(shù)據(jù)中快速分揀信息，加快了不同節(jié)點的處理速度，做到同時運行大量的數(shù)據(jù)，減少了小型作業(yè)的開展，縮短了系統(tǒng)對信息的處理時間，提升效率。

2.2.2 BIOS參數(shù)

對于系統(tǒng)內(nèi)BIOS參數(shù)的分析，可從眾多參數(shù)中選擇可能造成系統(tǒng)瓶頸的參參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，比如預(yù)取相鄰緩存和硬件預(yù)取參數(shù)，前者的參數(shù)可以由Enabled變?yōu)镈isabled，其調(diào)試后，能夠在處理器運行過程中，另外得到一個緩存線路，字節(jié)容量為64字節(jié)，處理器需要新的緩存空間后，64字節(jié)緩存即可供處理器使用，避免出現(xiàn)緩存延遲。以Enabled為參數(shù)，供處理器使用的緩存路線既包括現(xiàn)有路線，又有新的路線，但Disabled則是只能用現(xiàn)有的路線，故把硬件預(yù)取參數(shù)中的Disabled變?yōu)镋nabled，可控制這一參數(shù)內(nèi)存向二級緩存發(fā)出的命令，以及不同硬件數(shù)據(jù)的預(yù)取，即用Enabled操作，可用系統(tǒng)對二級緩存發(fā)出指令，而Disabled不可以做到這一點。

對BIOS參數(shù)的調(diào)優(yōu)，可減少系統(tǒng)資源的使用，使系統(tǒng)的運行保持穩(wěn)定，并可以適當(dāng)放寬系統(tǒng)性能需要使用的指標(biāo)。

除了上數(shù)量兩點的優(yōu)化外，也需要對存儲系統(tǒng)層進(jìn)行優(yōu)化。軟件或系統(tǒng)對地震信息進(jìn)行處理后，需把處理后的信息存放到指定地點，而該層是以SAN結(jié)構(gòu)為主要架構(gòu)，把儲存系統(tǒng)層方分成不同的層次，各自有相應(yīng)的等級，逐級管理，同時，數(shù)據(jù)可根據(jù)實際所需，在多個設(shè)備中不斷轉(zhuǎn)移。由此，可對此層次的優(yōu)化進(jìn)行管理，保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸通道的通暢，并在各層留下一定的儲存空間，為功能進(jìn)一步拓展留下余地，故可使用HP XP24000、HDS AMS1000存儲系統(tǒng)，保證所有信息可以在線閱覽，優(yōu)化計算平臺的處理。

3 結(jié)論

本文先論述了高性能運算PC集群綜合優(yōu)化的技術(shù)方案，而后從網(wǎng)絡(luò)交換與系統(tǒng)服務(wù)、節(jié)點配置與BIOS參數(shù)以及存儲系統(tǒng)層幾方面提出系統(tǒng)優(yōu)化的方案，并給出實施措施，如此，可優(yōu)化對地震資料的處理，提高系統(tǒng)、軟件運行的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]付喜春.基于多架構(gòu)PC集群監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].信息技術(shù)，2013（9）：96-99，103.

[2]趙勝平，王志杰，趙萍萍，等.應(yīng)用xcat在PC集群上安裝地震資料處理系統(tǒng)后遇到的問題與對策[J].物探裝備，2012（6）：371-375.endprint