第八章多計算機系統(tǒng)-文庫吧資料
2024-08-14 13:22本頁面
【正文】 l Paragon、 IBM SP YH3等。下圖為當前 MPP系統(tǒng)的通用結構 MPP系統(tǒng)特征： ? 超強的并行處理能力。 第三節(jié) MPP系統(tǒng) 1. MPP系統(tǒng)結構 MPP系統(tǒng)一般是指使用大量的，同構的處理單元（ PE， Processing Element），并以一種高帶寬，低時延的專有網(wǎng)絡互聯(lián)而成的計算機系統(tǒng)。在負載加大時， CSM無需管理員額外操作，即能完成設置改變。其結構如下圖所示： IBM專為 Cluster 1350開發(fā)了 Linux版本的的IBM集群系統(tǒng)管理 (CSM)，它能提供資源監(jiān)控、自動運行、遠程硬件控制、完成指令操作、設置文件管理和并行網(wǎng)絡安裝等功能。 Beowulf集群是基于 Linux和Grendel（系統(tǒng)軟件工具包）之上的 PC機集群，它采用 TCP/IP多個以太網(wǎng)完成節(jié)點間信息交換，主要特點是使用現(xiàn)有的商品化機器實現(xiàn)超級計算機的處理能力。它采用 xFS無服務器的網(wǎng)絡文件系統(tǒng)，將服務器功能分布到客戶機上，以達到低延遲、高帶寬的文件系統(tǒng)訪問 1994年夏季， Thomas Sterling和 Don Becker在CESDIS(The Center of Excellence in Space Data and Information Sciences)用 16個節(jié)點和以太網(wǎng)組成了一個計算機集群系統(tǒng)，并將這個系統(tǒng)命名為 Beowulf。在操作系統(tǒng)方面，NOW開發(fā)了稱為 GLUnix（ Global Layer Unix）的操作系統(tǒng)。 第二節(jié) 典型集群系統(tǒng) NOW（ Network Of Workstations）集群是伯克萊大學的工作站網(wǎng)絡，它是集群系統(tǒng)的一個重要代表。 ? MPI提供了豐富的數(shù)據(jù)操作函數(shù)，實現(xiàn)了組內(nèi)所有任務之間的通信、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理。 ? MPI通過通信上下文提供通信的安全性。 MPI具有以下特點： ? MPI提供了緩沖區(qū)管理的函數(shù)，用戶可以決定是完全由系統(tǒng)對發(fā)送、接收緩沖區(qū)進行管理，還是用戶參與部分管理，以便更實際地控制系統(tǒng)的緩沖區(qū)空間，提高系統(tǒng)的安全性。 （ 2） MPI（ Message Passing Interface，消息傳遞接口） 它是目前最重要的一個基于消息傳遞的并行編程工具。 ? 具有容錯功能。 ? PVM支持進程組，可以把一些進程組組成一個組，一個進程可屬于多個進程組，而且可以在執(zhí)行時動態(tài)變改變。 ? 系統(tǒng)提供一組便于使用的通信原語，可以實現(xiàn)一個任務向其它任務發(fā)消息、向多個任務發(fā)消息，以及阻塞和非阻塞收發(fā)消息等功能，用戶編程與網(wǎng)絡接口分離。 實現(xiàn)負載均衡的任務調度算法 ①靜態(tài)調度：在編譯時根據(jù)用戶程序中的各種信息（如各個任務的計算量大小、依賴關系和通信關系等）和并行系統(tǒng)的狀況（如網(wǎng)絡結構、各處理結點計算能力等）對用戶程序中的并行任務作出靜態(tài)的分配策略 ②動態(tài)調度方法：通過分析并行系統(tǒng)的實時負載信息，動態(tài)地將任務在各處理機之間進行分配和調度，以消除系統(tǒng)中負載分布的不均衡 靜態(tài)調度在高度并行環(huán)境下不夠均衡不準確，造成資源利用不足 動態(tài)調度會給集群帶來額外的計算開銷 5. 集群系統(tǒng)并行程序設計環(huán)境 （ 1） PVM(Parallel Virtual Machine,并行虛擬機 ) 它允許將網(wǎng)絡上基于 UNIX操作系統(tǒng)的并行機和單處理機的集合當成一臺“并行虛擬機”來使用。: 系統(tǒng)規(guī)模增大或總負載大小變化時系統(tǒng)負載平衡的適應能力。 衡量負載平衡的指標 ①吞吐率 :系統(tǒng)上運行的應用程序的響應時間或平均完成時間。 ：用戶可以從控制工作站單點控制管理整個系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的安裝、監(jiān)督和配置、系統(tǒng)操作、用戶管理等功能。這就是集群操作系統(tǒng)。 Active Message通信機制有兩個突出特點：一是消息驅動的異步通信方式，二是簡化了對通信數(shù)據(jù)的緩沖管理。當消息達到目的結點時，結點處理機立即產(chǎn)生中斷調用，由該消息的 Handler啟動相應的消息處理程序。 ③ Active Message通信機制 Active Message是消息驅動的異步通信方式。 ②精簡通信協(xié)議。 3. 集群系統(tǒng)的通信技術 (1)現(xiàn)有集群一般是使用商用以太網(wǎng)連接，通信協(xié)議使用的 TCP/： ? 網(wǎng)絡通信頻寬低 ? 多層結構的 TCP/ICP協(xié)議處理開銷大 ? 協(xié)議復雜的緩沖管理增加了網(wǎng)絡延遲 ? 操作系統(tǒng)的額外開銷 (2) 提高集群通信效率的方法 ? 采用新型高速網(wǎng)絡以提高網(wǎng)絡通信頻寬 目前出現(xiàn)了多種新型的高速網(wǎng)絡，如共享介質型的快速以太網(wǎng)和基于開關型的 ATM和Myri，極大地提高了通信頻寬。對稱多處理機則相對較好，因為管理員只要維護一個計算機系統(tǒng)即可。集群系統(tǒng)中的結點機間采用消息傳遞方式通信。 從結構上看，集群系統(tǒng)屬于分布存儲系統(tǒng)，由建立在通用操作系統(tǒng)之上的并行編程環(huán)境完成系統(tǒng)的資源管理及相互協(xié)作，同時也屏蔽工作站和網(wǎng)絡的異構性。
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