[實用新型]基于PC集群的二次集群系統

有效

• 申請號: 201720192381.7
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN206620158U
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 李羲;李朝奎;肖克炎;甘宗平;方軍;廖孟光;褚楠;吳柏燕
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及計算機技術領域，尤其是一種新型的PC集群系統。

背景技術

集群是一種并行或分布式處理系統，由很多連接在一起的獨立計算機組成，像一個單獨集成的計算資源一樣協同工作。計算機節點可以是一個單處理器或多處理器的系統(PC、工作站或 SMP)，擁有內存、I/O 設備和操作系統。一個集群一般是指連接在一起的兩個或多個計算機(節點)。節點可以是在一起的，也可以是物理上分散而通過 LAN 連結在一起的：一個連接在一起(LAN 基礎上)的計算機集群對于用戶和應用程序來說像一個單一的系統。這樣的系統可以提供一種價格合理的并可獲得所需性能和優勢(快速而可靠的服務)的解決方法，這在以往只能通過更昂貴的專用共享內存系統來達到。

目前，常見的有以下三種集群：Berkeley 加州大學的工作站網絡(NOW)項目；Urbana-Champaign 伊利諾州大學的高性能虛擬機(HPVM)項目；NASA Goddard Space Flight Center 的 Beowulf 項目,下面予以詳細介紹。

1. Berkeley 的工作站網絡(NOW)項

Berkeley 的 NOW 項目是用大量生產的商品化工作站和最先進的基于開關的商品化網絡部件構造大型并行計算系統的典范。為達到將分散的工作站結合成單一的系統，NOW 項目包含了對網絡接口硬件、快速通信協議、分布式文件系統、分布式調度和任務控制的研究和開發。

2. 高性能虛擬機(HPVM)項目

HPVM 項目的目的是將超級計算機的性能分配在低價商品化的系統上。HPVM 還希望將復雜的分布式系統隱藏在清晰明確的界面后面。HPVM 項目提供的軟件使高性能計算可以在PC或工作站集群上運行HPVM的結構。包括很多高 API(Application Programming Interface，應用程序編程接口，是一些預先定義的函數) 軟件部件，如 MPI、SHMEM 和全局數組，使 HPVM 集群可以與專用的 MPP（ Massively Parallel Processing，大規模并行處理系統）系統媲美。

3. Beowulf 集群項目

Beowulf 項目的目標是發掘 PC 集群執行計算任務的潛力。Beowulf 指的是一堆 PC 機構成一個與 COW/NOW 類似的 PC 集群。PoPC 著重于使用大量上市的商品化部件、專用處理器(而不是盜用空閑工作站的周期)和專用通情網絡。Beowulf 總的目標是達到集群的“最佳”性能價格比。在 Beowulf 項目中所開發并不斷發展的一套系統軟件工具被稱為 Grendel，這些工具用于資源管理和分布式應用程序。Beowulf 可以分布在許多編程環境中，有一些作為獨立包的開發庫，包括 PVM、MPI 和 BSP，以及 SYS v-style IPC和 pthreads。Beowulf 的處理器間通信是通過集群內的以太網 TCP/IP 實現的。因此，處理器間的通信受以太網的性能參數和控制消息傳遞的系統軟件限制。Beowulf 已經在探索使用并行多以太網來滿足內部數據傳輸帶寬的需要。該結構使用的“通道綁定(channel binding)”技術，是作為一系列 Linux 內核的增強功能來實現的。Beowulf 項目使用多達 3 個綁在一起的網絡來達到可觀的通量，從而驗證了通道綁定技術的可行性。新的網絡技術，如快速以太網的出現，將為處理器間通信性能提供更好的保障。

隨著大數據時代的到來，單個小規模PC集群難以滿足其對數據處理速度的要求。如果各個機構各自組裝大規模的集群系統，一則成本高，二則在集群使用率不高的情況下存在計算資源浪費的情況。如何進一步在低成本的前提下提高集群的計算性能是一個急需解決的問題。

發明內容

本實用新型所要解決的問題是如何低成本提高集群計算性能。

基于PC集群的二次集群系統，包括多個PC集群、多個一級交換機，一個二級交換機，PC集群內部通過一級交換機相連，PC集群之間通過二級交換機相連，系統采用主從模式的體系結構，由其中一個計算性能最強大的集群作為主集群，其它集群作為從集群。

局域網用戶為與二級交換機直接相連的PC，局域網用戶作為控制節點之一。

遠程用戶為與二級交換機通過Internet相連的PC，遠程用戶作為控制節點之一。