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中大理工學(xué)院hpc集群方案-文庫吧資料

2024-09-10 13:58本頁面
  

【正文】 解數(shù)據(jù)廣播包的發(fā)送性能 AlltoAll 使用 Broadcast 方法來實現(xiàn)每個節(jié)點到每個結(jié)點之間的傳送數(shù)據(jù)。 Application Latency 應(yīng)用延遲測試和 Bandwith很類似,不同的是這里不回復(fù) 4個位的數(shù)據(jù)來表示自己接收到了數(shù)據(jù),也不象 Roundtrip一樣發(fā)送回原始數(shù)據(jù),而是不做任何的反映,這樣就測試出發(fā)送數(shù)據(jù)的延遲,也就是應(yīng)用中發(fā)送一個數(shù)據(jù)包的延遲。它使用的方法和 Bandwidth 很類似,唯一不同的是在Roundtrip中 slave進(jìn)程收到消息后不再是發(fā)送 4個位的數(shù)據(jù)給 master,而是直接把接到的數(shù)據(jù)回傳回去。通過多次的測試和改變包的大小我們就能得到平均數(shù)據(jù),以便來反映端到端的帶寬性能。測試兩端都使用 nonblocking的方式來接收(無阻塞方式)和發(fā)送。在程式中使用了多次發(fā)送數(shù)據(jù)的方法來提高測試 的可信度,它有兩重的循環(huán),外層改變包的大小,內(nèi)層使用多次發(fā)送來完成平均值的計算。雖然最好值取決于系統(tǒng)的計算 /通信性能比,但有代表性的良好塊規(guī)模是 32到 256個間隔。小心選擇 NB尺度。 Rmax: 在 Nmax規(guī)定的問題規(guī)模下,達(dá)到的最大 GFLOPS。 N: 給出有最高 GFLOPS值的矩陣規(guī)?;騿栴}規(guī)模。 使用基準(zhǔn)測試一般需要和收集的信息包括: R: 它是系統(tǒng)的最大的理論峰值性能,按 GFLOPS表示。為此,推薦接近內(nèi)存總?cè)萘康?80%的問題規(guī)模。 (一般針對于SMP來說 ) HPL與其前輩不同,因為,使用者可以選擇矩陣的規(guī)模(問題規(guī)模)。 HPL可以測試和記錄解決問題的時間,在每個 HPL問題的解決步驟是相同的,一旦步驟相同只需要知道解決問題的時間就可以很容易的推出運算的能力。 HPL版 Linpack一般用于 TOP500超級計算機(jī)站上的并列式超級計算機(jī)。早在 1980年, Linpack 的原始版本有大約 100100的規(guī)模,當(dāng)這種規(guī)模在微處理器的緩沖中容易解決時,此法已經(jīng)不再使用。 Linpack使用幾個線性代數(shù)方程,使用高 斯消元法在分布式內(nèi)存計算機(jī)上按雙精度 (64 bits)算法,測量解線性方程的密集系統(tǒng)所需的時間?,F(xiàn)在最流行的集群測試軟件就是 LinPack。一般來說比較合理的實際峰值都只有理論峰值的百分之四十到五十左右,而且這樣的情況也是在同構(gòu)的平臺下才能得到這樣的效果。我們知道在理論上一個集群的理論 峰值是我們所有節(jié)點運算能力的總和,但是實際上得到峰值卻是不可能的。測試包括 High Performance Linpack (HPL)與 LLCBench(Low Level Architectural Characterization Benchmark Suite)兩個方面。測試主要從幾個方面來完成,這就包括 :集群浮點運算能力、集群網(wǎng)絡(luò)帶寬、集群網(wǎng)絡(luò)延遲、集群I/O 測試、集群 Cache測試等等。那我們可能以通過指令 clusterfork ps – U$USER 完成,系統(tǒng)會在當(dāng)前節(jié)點順序列出每一個節(jié)點的節(jié)點名稱及工作狀況。 計算節(jié)點全部通過 PXE 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從主節(jié)點下載文件并自動完成所有的安裝與設(shè)置。 服務(wù)器端的安裝: 使用 BASE ROLLS CD 引導(dǎo)系統(tǒng),在安裝過程中可以設(shè)置集群系統(tǒng)的基本信息如集群名稱、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及分區(qū)大小等,而集群并行環(huán)境、計算用的數(shù)學(xué)庫等集群系統(tǒng)參數(shù)則會通過預(yù)先設(shè)置優(yōu)化好的大量的安裝腳本自動完成。 ROCKS CLUSTERS 包括了必需的 BASE ROLLS、 OS DISK1 OS DISK SGE及其它數(shù)以千計非必需的用于擴(kuò)展的功能 ROLLS。在版本方面,視不同的硬件有 i38 X8664及 IA64三個版本;目前總版本號為 VERSION ?;陉嚵泄駭?shù)據(jù)讀寫的性能要求,建議采用 SCSISCSI接口,主機(jī)通道為 320M/S接口,硬盤同樣為 320M/S接口,硬盤位可根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小選擇,一般可選 10盤位或是 16 盤 位。 交換機(jī)在集群計算過程中承擔(dān)著重要的數(shù)據(jù)交換功能,是集群計算性能的重要影響因素,我們建議采用 1000M交換機(jī),可選品牌有華為 3Com、 Sisco。 主節(jié)點和從節(jié)點服務(wù)器建議采用 IA架構(gòu)服務(wù)器,可以擁有非常高的性價比。 龐大的的開發(fā)團(tuán)隊 ROCKS CLUSTERS 龐大的開發(fā)團(tuán)隊包括 NPACI 自身、 San Diego Superputer Center,UCSD(加 8 / 23 利福尼亞圣迭戈分校超級計算機(jī)中心 )、 Millennium Group at UC Berkeley(位于加利福尼亞伯克利大學(xué)的開發(fā)團(tuán)隊 )、 Scalable SystemsPte Ltd in Singapore(新加坡可升級系統(tǒng)有限公司以及 OpenSCE in Thailand(泰國開放式可升級集群開發(fā)環(huán)境 )等。所有這些優(yōu)秀的軟件都采用了簡單安裝方式 用戶 只會感覺到在一臺機(jī)器上處理它們。首先有來自最球最大的處理器生產(chǎn)商的大力支持,專為 CLUSTER高性能計算開發(fā)的一系列套件: intel mpi并行環(huán)境、 intel mkl數(shù)學(xué)函數(shù)庫、 TOTALVIEW、 MPI DEBUG工具等。當(dāng)然也有第三方廠商為 ROCKS開發(fā)的任務(wù)管理系統(tǒng)如 SGE(SUN GRID ENGINE)。 ROCKS CLUSTERS 對于故障節(jié)點的管理思想是,在硬件修復(fù)完成后,此節(jié)點只需接入集群網(wǎng)絡(luò)即會自動完成文件的下載與安裝,無需人為干預(yù)。作為業(yè)界最出色的集群操作系統(tǒng),具有相當(dāng)多的優(yōu)點: 在系統(tǒng)的安裝、維護(hù)方面 ROCKS CLUSTERS 在系統(tǒng)內(nèi)集成大量的自動化腳本,并由于以 REDHAT ADVANSCE SERVER為基礎(chǔ)開發(fā)的,所以它在安裝的時候會自動設(shè)置好 NFS文件服務(wù)器、 NIS服務(wù)、 MPI并行環(huán)境及數(shù)學(xué)函數(shù)庫,計算節(jié)點全部通過 PXE 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從主節(jié)點下載文件并自動完成所有的安裝與設(shè)置。 ROCKS CLUSTERS 以性能優(yōu)秀、成熟和穩(wěn)定的 REDHAT ADVANSCE SERVER為開發(fā)基礎(chǔ),完全按照我們所介紹的 SMP集群的分布式架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。 最后,機(jī)房的氣溫及濕度監(jiān)測設(shè)備以及除濕機(jī)的準(zhǔn)備。 7 / 23 其次,方案中整體的散熱系統(tǒng)的考慮。 基于切換時間的考慮,后備電源必須是在線式的;基于 整個系統(tǒng)中各用電設(shè)備對功率的要求,其功率必須大于總功耗之和;在供電時間方面它必須持續(xù)工作至規(guī)定的后備發(fā)電機(jī)組正常供電時間為止。 輔助系統(tǒng): 另外,為保證系統(tǒng)使用壽命、穩(wěn)定性和長時間的正常運轉(zhuǎn),以下幾個方面的設(shè)備也是須謹(jǐn)慎對待的。 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng): 在網(wǎng)絡(luò)連接方面, 鑒于節(jié)點間的連接網(wǎng)絡(luò)是非定制的,為保證系統(tǒng)獲得最大的集群性能,我們建議必須采用千 兆 以太網(wǎng)。整個運算過程中,主控節(jié)點控制整個系統(tǒng),負(fù)責(zé)分派任務(wù),為從節(jié)點機(jī)提供文件服務(wù)和對外的網(wǎng)絡(luò)連接;同時也是計算節(jié)點。它以性能優(yōu)秀、成熟和穩(wěn)定的 REDHAT ADVANSCE SERVER 為基礎(chǔ),按照分布式架構(gòu)開發(fā)。 系統(tǒng)建設(shè)拓?fù)鋱D: 軟件系統(tǒng): 基于集群架構(gòu)的要求,在軟件系統(tǒng)方面,我們建議以 NPACI ROCKS CLUSTER來組建我們的高性能 計算集群。 6 / 23 基于 LINUX的并行操作系統(tǒng),并安裝維護(hù)的自動化特性。 交換能力達(dá)到 1Gbps的以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 由于現(xiàn) 有系統(tǒng)的計算能力已經(jīng)越來越不能滿足日益增長的教學(xué)科研等計算需求,并出于提高單位科研能力的考慮,所以決定對原有系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充建設(shè)。 光電材料、凝聚態(tài)理論計算。并于 2020年建成了一個 40節(jié)點的大規(guī)模并行計算系統(tǒng)。這種混合編程模式充分利用了內(nèi)存共享和信息傳遞機(jī)制的特點,被公認(rèn)為是最有效的編程模式。這種集群可以使用 MPI+ OPENMP的混合編程模式。 大量成熟而各具特色的集群軟件,如 ROCKS CLUSTERS、 OPENMOSIX、 OSCAR等。拓展成本低,無需使用專用的計算機(jī)及定制的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備;各個節(jié)點可采用通用的 LAN或 ATM網(wǎng)絡(luò)連接,技術(shù)難度低。在這里我們叫它作節(jié)點,這些節(jié)點均使用它的網(wǎng)絡(luò)接口連接到互連網(wǎng) 絡(luò),并通過網(wǎng)絡(luò)通信。它較之 SMP系統(tǒng)的最大特點是沒有一個統(tǒng)一的內(nèi)存空間。這就制約了它的進(jìn)一步的發(fā)展。這是我們用于構(gòu)建集群節(jié)點的主要原因。在這個系統(tǒng)中,處理器是以系統(tǒng)總線、交叉開關(guān)或其它專有網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)存連接在一起。各處理器在內(nèi)存的存取上是平等的,存取代價是相同的。但如果考慮到采用大規(guī)模生產(chǎn)的商用計算機(jī)和同樣是大規(guī)模生產(chǎn)的商用 LAN及 ATM網(wǎng)絡(luò)來制造的話,主要都是如下兩種架構(gòu)。 *大規(guī)??茖W(xué)問題,像天氣預(yù)報、地形分析和生物制藥等 *存儲和處理海量數(shù)據(jù),像數(shù)據(jù)挖掘、圖象處理和基因測序 顧名思義,高性能集群就是采用集群技術(shù)來研究高性能計算。 高性能計算機(jī)集群簡介 簡單的說,高性能計算 (HighPerformance Computing)是計算機(jī)科學(xué)的一個分支,它致力于開發(fā)超級計算機(jī),研究并行算法和開發(fā)相關(guān)軟件。 3. 高性能:負(fù)載平衡集群允許系統(tǒng)同時接入更多 的用戶。 圖 1. 幾種計算機(jī)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性 集群系統(tǒng)的優(yōu)點并不僅在于此 , 下面列舉了集群系統(tǒng)的主要優(yōu)點: 1. 高可擴(kuò)展性:如上所述。與 SMP相反,集群系統(tǒng)的性能隨著 CPU個數(shù)的增加幾乎是線性變化 的。但是當(dāng) CPU 的個數(shù)超過某一閾值,象 SMP這些多處理機(jī)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性就變 得 極差。但是這一手段對系統(tǒng)性能的提供是有限的。 對集群的研究起源于集群系統(tǒng)的良好的性能可擴(kuò)展性 (scalability)。由于主要用于科學(xué)工程計算,所以這些系統(tǒng)并不為大家所熟知。并且集群系統(tǒng)的管理員可以隨意增加和刪改集群系統(tǒng)的節(jié)點。這些單個的計算機(jī)系統(tǒng)就是集群的節(jié)點( node)。陣列柜產(chǎn)品主流有 SCSISATA、 SCSISCSI、 FCSATA和 FCFC等型號,應(yīng)用較廣的有 SCSISATA、 SCSISCSI,這也是我們構(gòu)建集群系統(tǒng)的所應(yīng)用的主流產(chǎn)品,性價比 相對較高。還有功能應(yīng)用型服務(wù)器,如防火墻、網(wǎng)絡(luò)行為管
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