[發明專利]一種基于對等網絡的高性能計算系統

無效

• 申請號: 200710052269.4
• 申請日: 2007-05-23
• 公開（公告）號: CN101072133A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 金海;廖小飛;羅飛;章勤;張浩
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04L12/26
• 分類號: H04L12/26;H04L12/56;G06F9/46
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于分布式高性能計算服務器技術領域，在Internet范圍內利用對等網絡技術實現一種高性能計算系統，具體為一種基于對等網絡的高性能計算系統。

背景技術

傳統的高性能計算機是基于SMP大型機或機群構造的超級計算機；但由于構造和維護費用巨大，它們不能夠被廣泛應用，僅僅局限于大型公司或政府、院校等科研機構。隨著網絡規模的不斷增長，分布式計算技術越來越多地被應用于高性能計算領域。利用Internet中的PC機，通過分布式計算的原理，可以構建比傳統超級計算機性能更高、價格更低廉的高性能計算系統。

目前利用Internet中的PC機所構建的高性能計算平臺主要采用志愿機計算模式；這種系統包括兩類節點：志愿機節點和服務器節點。其中，志愿機節點執行子任務的計算，并把計算完的臨時結果發送給服務器節點；服務器節點作為系統的一個中央控制站點，提供任務劃分、任務分派、任務匯總等功能。整個系統利用連接在Internet上的計算資源(PC機、工作站和集群等)執行計算任務。當這些資源處于空閑狀態的時候，它們通過后臺程序主動連接服務器節點，下載數據文件和應用子程序到本地執行。子任務計算完后，它們把計算任務結果返回給服務器，并由服務器對這些結果進一步處理；志愿機越多，系統的計算能力越強。

作為志愿機計算平臺的典型代表，伯克利開發的開放式網絡計算系統(BOINC)[GRID’04，2004]采用的結構是客戶端-服務器模型。其中，服務器端由調度服務器、數據服務器以及參與者的網頁接口組成；客戶端則由參與用戶下載并安裝一個BOINC客戶軟件構成。通過BOINC提供的Python腳本和C++接口，可以對應用進行編程，形成BOINC工程。客戶端從服務器下載應用工程的計算單元及相關數據，在本地計算完成后上傳結果文件，并報告當前狀態。由于所有的客戶端都直接與服務器進行通信，所以它是一個典型的集中式控制結構，易產生單節點失效和擴展性受限等問題。它提供的編程工具沒有根據任務的計算特性來區分接口，而是將該項工作留給編程人員自己來完成，增加了編程的難度。

其他的志愿機計算平臺包括SETI@Home、XtremWeb、P3等。盡管它們獲得了很大的成功，但是這些計算平臺也存在著一些不足：1)沒有提供應用編程接口或者提供的編程接口復雜，整個平臺對應用程序開發人員不透明，應用開發難度較大；2)某些計算平臺不提供通用性支持，只計算一個應用；3)當網絡擁塞或網絡延遲較大時，服務器節點容易成為整個計算平臺的瓶頸，進而導致系統出現單一節點失效和擴展性差等問題。因而，傳統的志愿機計算系統不能很好地發揮對等高性能計算系統的計算潛能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于對等網絡的高性能計算系統，該系統具有通用性好、跨平臺、編程方便、容錯性好和擴展性好的特點，可以克服原有的志愿機計算系統的缺點。

本發明提供的基于對等網絡的高性能計算系統包括監控節點，分派節點，計算節點，數據服務器和客戶機，其中，

監控節點接收客戶機提交的工程描述文件，并將應用中的任務以任務簇的方式重定向給各個分派節點；在應用的計算過程中，監控節點監控分派節點的狀態以及各個任務簇中任務的完成狀況；

分派節點將所接收到的任務簇分派給所屬的各個計算節點，監控該管理域內各個計算節點的狀態以及所分派任務的完成狀況，并將任務的完成狀況向監控節點報告；

計算節點附屬于各個分派節點，并由所附屬的分派節點進行監控和任務分派管理；當某一計算節點接收到分派節點所分派的計算任務后，它從數據服務器獲取該計算任務的代碼和參數數據，然后啟動該任務的運行；在計算過程中，計算節點定時向所屬的分派節點報告任務完成狀況，在任務計算完成后，計算節點將該任務的結果上傳給數據服務器；其中，計算節點包括注冊模塊、客戶端存儲模塊、客戶端傳輸模塊和任務控制模塊；

客戶端存儲模塊給計算節點提供工作區間，并對客戶端傳輸模塊提供數據支持；它對每個任務的程序、數據以及結果都以文件方式進行管理，并為每個工程建立臨時工作目錄；