關于計算機集群技術應用研究

張彪

摘要：隨著我國社會經濟和科學技術的不斷發(fā)展，計算機技術的發(fā)展速度也在持續(xù)加快。在計算機技術中，集群技術是一項核心技術，它和計算機各項功能的實現直接相關。因此，通過對計算機集群技術的深入研究和分析，可以更加清楚地了解到它的操作原理，從而也就可以更加有效地進行程序操作。目前，計算機集群技術已經被廣泛應用在很多大型企業(yè)處理數據的過程中?；诖?，本文將主要分析計算機集群技術應用的相關內容，旨在給相關的工作人員提供一點啟示。

關鍵詞：計算機；集群技術；應用

中圖分類號：TP338 文獻標識碼：A

引言

在我國信息技術與處理器性能持續(xù)發(fā)展和提高的過程中，人們開始將那些比較便宜的服務器和工作站通過以太網的形式進行有效連接，然后就能夠形成計算機集群，從而也就可以用較低的代價來獲得更高的性能。因此，對于計算機集群的研究已經成為目前計算機研究和開發(fā)中的一個非常重要的方向。

1 計算機集群技術的定義

目前，學術界對于計算機集群的定義有很多種，本文將使用一種最先進和全面的定義來奠定研究的基礎。集群的定義是在現代高速網絡環(huán)境中的工作站以及其他的中間架構，按照相應的次序對其進行再次組成，從而也就可以形成一種新的結構體制?，F有的計算機能夠和其他的計算機進行直接地調度與交流溝通，隨著調度工作的不斷開展，提升整體網絡處理速率的一種網絡體系。把一些專業(yè)化的信息轉化成我們可以理解和閱讀的語言，也就是說，把設備終端和網絡進行有效連接，從網絡的層面上看可以構成一種相互關聯的組織，即使是設備終端不同也可以在同樣的頻道上一同進行，并集中對這些設備進行管理。在運行環(huán)節(jié)當中，終端設備相當于是在和一個群體進行交流與溝通，集群為終端設備帶來其所需要的服務，而這樣的一個環(huán)節(jié)也正是集群體現其作用的環(huán)節(jié)。計算機的集群體系可以按照其性質分成兩種：第一種就是集群文件體系，第二種是NS體系。這兩種體系各有用處。集群文件體系能夠完成較多文件的編寫，還可以對大文件進行編寫。但是NS體系能夠把文件與文件之間的分享變成現實，有著非常優(yōu)異的儲存性質，憑借著較高的性能以及較強的承載力，因此得到了廣泛應用。

2 計算機集群技術的結構和特點

2.1 系統(tǒng)價格低

因為生產的批量相對較小，但是傳統(tǒng)的巨型機和MPP的價格都相對較高，通常都需要花費幾百萬乃至上千萬美金。但是構成集群的工作站與高檔PC機通常是進行批量生產的，所以價格通常比較低。由多臺工作站構成的計算機集群系統(tǒng)能夠滿足大部分應用的實際需求，而且售價通常都比較低。

2.2 系統(tǒng)開發(fā)周期短

因為集群系統(tǒng)大多使用了商務工作站和LAN網絡，從而就使得主機和節(jié)點的管理更加簡便，而且也更加可靠。但是，對于系統(tǒng)的研究主要是為了能夠提高程序的編制效率和并行性，因此，也就無須對計算結點進行重新制定，也無須對規(guī)劃體系和編譯體系進行重新規(guī)劃，從而也就可以節(jié)省更多的時間來開展研發(fā)工作。

2.3 節(jié)約系統(tǒng)資源

因為集群系統(tǒng)的結構通常都是非常靈活的，它能夠把不同的體系結構、不同性能的工作站連接起來，從而也就可以確?，F有的設備都得到最大化地利用。從使用效率方面來說，集群系統(tǒng)的資源利用率相對單機系統(tǒng)來說更高。據UCBerkeley計算機系100多臺工作站的使用情況調查顯示，對單機系統(tǒng)的使用率低于百分之十，但是集群系統(tǒng)中的資源利用率高達百分之八十作用。從另一方面來說，就算是對用戶設備進行更新，原有的性能較差與型號比較落后的那些機器依舊可以在集群系統(tǒng)中起重要作用。

2.4 用戶投資風險小

在客戶購買傳統(tǒng)的巨型裝置以及MPP體系的時候，通常無須考慮工作效益的問題。在具體的工作過程中，總是會發(fā)生因使用率較低而造成資源浪費的問題。但是，集群體系不只是一種并行的體系，其中所有的工作節(jié)點都可以作為獨立的工作站，雖然整體體系的工作效益不夠明顯，但是依舊能夠把它作為獨立的工作站投入使用。

2.5 用戶編程方便

在集群體系內部，軟件的并行性通常都是在原來的C、C++或Fortran串行的編碼中，添加相應的通信語言。用戶使用的軟件程序依然是他們所熟悉的軟件，并不需要因為新體系的使用而進行相應的變動，從而也就能夠直接將原有的程序拿來使用。

2.6 系統(tǒng)擴展性好

一般情況下，集群系統(tǒng)使用的都是通用網絡，因此系統(tǒng)的擴展性更好。從性能方面來說，大部分中、粗粒度的并行應用的效率都相對較高。據相關的調查研究顯示，八臺工作站的加速比大約在5.83到7.9之間，其并行處理效率大約為72.88%至99%。

3 計算機集群技術的應用

3.1 數值天氣預報

在數值預報中，通常使用離散方法來求解非線性方程，它的計算范圍可以涵蓋整個大氣層，因此計算過程是相對比較繁雜的。但是，天氣預報的實時性特點要求相關的數值和計算結果必須要在規(guī)定的時間內得出。因此，其是用于我國的高原地區(qū)復雜地形條件下的有限區(qū)域的YH數值天氣預報模式和美國大氣科學研究中心研制的MM5中尺度數值預報模式，在8個結點的SCAPE集群系統(tǒng)上加速比達到6。

3.2石油地震數據處理

當前，在油氣勘探中，三維地震勘探是非常有效的一種方式，其在完成地質勘探任務方面起著至關重要的作用。相對于二維勘探來說，三維地震勘探可以提供更加準確的地下圖像，它和地下的實際情況非常接近，從而也就能夠更加高效地應對各類地質問題。但是，因為其中的數據量和計算量較大、所需花費的計算時間較長，所以使得一些先進的三維地震資料處理方式難以在大型計算機上實現。但并行處理可以給這些方法的實現提供可能。

3.3 CAD圖像處理

在對CAD圖像進行處理的時候，通過需要對很多數據進行分析和處理，而計算機計算技術可以給它提供有效的技術支持，從而也就能夠進一步縮短對CAD圖像進行處理所需花費的時間。

4 集群系統(tǒng)的發(fā)展及展望

隨著對集群系統(tǒng)研究工作的開展，世界上許多大學和實驗室都建立了實驗集群系統(tǒng)，并進行了許多應用測試，結果表明大量的并行應用程序都能在集群系統(tǒng)上有很好的效率。

除了傳統(tǒng)的大規(guī)模并行計算和工程設計外，集群系統(tǒng)在事務處理、并行數據庫和服務器等領域也有較好的應用前景。這些領域的共同特點是數據量大，要求同時服務的用戶多，對吞吐率和響應時間要求高，集群系統(tǒng)價格低、可靠性好、吞吐率高，而且系統(tǒng)資源豐富，比起其他解決方案集群系統(tǒng)具有更多的優(yōu)點。目前有些商用數據庫管理系統(tǒng)已經提供這種分布處理的支持，比如WindowsSQLServer和Informax。作為多數研究及應用機構都能承受得起的一種超級計算資源，集群系統(tǒng)必將對許多大挑戰(zhàn)的計算問題及國民經濟起到積極影響。

5 結束語

在我國科學技術不斷發(fā)展的過程中，集群計算機技術必將受到更多層面的支持，系統(tǒng)能夠把一些資源進行合理利用和開發(fā)，從而也就可以研制出性能更強大的計算機體系。但是，如何把相關的資源進行合理利用，是目前急需解決的主要問題。此外，如何降低集群體系的價格，最大化發(fā)揮資源的作用，也是未來發(fā)展過程中應該關注的重點。所以，相關的人員應該對其進行更加深入的研究。

參考文獻

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[3]張偉.計算機集群技術應用研究[J].電子制作，2015，（05）：108-109.

（作者單位：中國石油吉林油田公司地球物理勘探研究院）