集群计算机技术应用研究探析

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【摘要】网络技术的发展以及平行编制环境的出现，有效的提升了集体计算机的并行性以及实用性，集群计算机体系已经成为了并行体系当中的主体，本文首先简要介绍了计算机集群技术的定义，之后详细地阐述了集群计算机技术的结构及特点，并且进一步介绍了集群计算机系统的关键技术及其应用，希望能够为今后集群计算机技术的发展与运用提供切实有效的参考依据。

【关键词】计算机；集群技术；应用

伴随着计算机网络技术的不断发展以及深入，计算机的运行速度不断提升且其处理的性能也在不断的提升，企业也已经开始运用以太网的形式，将相对较为廉价的服务器与工作台连接到一起，构成一个完整的计算机集群。这样一来就可以用更少的资金换来更快的运行速率。现如今，计算机集群的技术发展已然成为了行业当中重要的研究课题。

1计算机集群技术的定义

有关计算机集群的概念有很多层面上的界定，本文运用了最为先进、最为全面的一种定义来奠定研究的基础。集群的定义是在现代高速网络环境中的工作站或者是其他的中间架构，根据对应的次序来重新组合，进而构成的一种结构体制，现有的计算机可以与其他的计算机进行直接的调度与交流沟通，随着调度工作的不断开展，提升整体网络处理速率的一种网络体系。将专业化的信息转变成为我们能够读懂的语言，换句话来说，就是将设备终端与网络相连接起来，从网络的层面上来看能够构成一种互相关联的组织，即便是设备终端不同也可以在同样的频道上一同进行，并集中对这些设备进行管理。在运行环节当中，终端设备相当于是在和一个群体在进行交流与沟通，集群为终端设备带来其所需要的服务，而这样的一个环节也正是集群体现其作用的环节。计算机的集群体系可以按照其性质分成两种：①集群文件体系；②NS体系。这样的两种体系都有其各自的用处。集群文件体系能够完成较多文件的编写，还能够实现大文件的编写；但是NS体系能够把文件与文件之间的分享变成现实，有着非常优异的储存性质，凭借着较高的性能以及较强的承载力，得到公众的一致好评。

2集群计算机技术的结构及特点

2.1系统开发周期短

因为集群体系绝大多数的网络都选用了商务的工作站以及LAN网络，这样一来，主机以及节点的管理会更为简便，并且有着更加可靠的特点。而系统研究的重心在于程序的编制以及并行性上的提升，既没有必要重新制定计算结点，又没有必要重新规划体系以及编译体系，这样一来就为我们的研发工作节省出来大量的时间。

2.2用户投资风险小

客户在购买传统的巨型装置或者是MPP体系的时候，就不必要再考虑其工作效益的问题，在实际的工作环节当中，经常出现因为其使用率不高而导致浪费资源的情况出现。但是集群体系不单单只是一种并行的体系，其中的每一个节点都是一个独立的工作站，即便是体系整体的工作效益并不显著，但是其仍可以当作是独立的工作站来运用。

2.3系统价格低

因为生产的数量相对较少，之前的大型的机械或者是MPP的成本都非常的高，通常其价格都会达到几千万元。并且构建集群的作业台或者是高档PC机都是大量生产的，由于其售价低廉。又是由几台或者是几十台工作基站构建而成，能够满足对应设备的需求，而且价格非常的低廉。

2.4节约系统资源

因为集群体系的架构相对较为灵活，把不同体制、不同机理的工作台连接起来，这样一来我们就可以借助现有的装置来规划设计。从其运用的效益层面上来考虑远远要比单级体系的效益高出很多。从另一个层面上来看，即便是用户的设备更新到最新版本，原来的那些版本较低的计算机依旧可以在其中发挥其应有的作用。

2.5系统扩展性好

就其模式而言，集群体系绝大多数的网络都是通用网络，体系的扩展非常的简便；就其性能而言，对于那些中、粗粒度的并行软件有着非常高的收益。

2.6用户编程方便

集群体系内部，软件的并行化只是在原有的C、C++或Fortran串行的编码中，加入对应的通信语言。用户所使用的软件程序依旧是他们原本熟悉的软件，没有必要为了新体系而做出对应的变动，这样一来就可以继承原有的程序了。

3集群计算机系统的关键技术及其应用

集群计算机体系是一种高效并行的处理体系，借助网络来作为连接，依照对应的拓扑原则，把多个PC或是工作站关联在一起，并切合并行的软件与操作界面，来实现对应的作用。该体系其实是由多个有着计算功能的计算机借助一定的形式构成一个有着更强计算能力的群体。但是不同的集群体系其结合的简易度也是不一样的，所以，在规划集群体系的时候，就要求考虑到以下几种关键的技术工艺：

3.1可扩展性

集群体系要求可以加入新设备，并且能不断强化自身计算能力，所以，就要求其自身有着扩容的功能，只有这样才可以有效的减少其制作成本。通常情况下，可扩容的功能要求包含有资源的可拓展性、应用可拓展性与工艺的可拓展性这三个层面。就资源层面而言，大致就是指借助提升计算机的数量，增加磁盘、内存条等存储单元，或是借助增添软件等形式，来获取到更强的作用功能；就应用层面而言，最重要的就是就其计算能力以及软件扩展进行研究，换一句话来说就是一个应用软件的运行状态会伴随着体系的扩展性能的改变而改变；而技术层面的可扩展性大致就是指异构可拓展能力、代可拓展能力以及空间拓展能力三个环节所构成，大致就是说在技术发生变化的时候，该体系对与技术的适应情况。

3.2可用性技术

在集群计算机体系中，不仅要想到扩容的问题，更应当考虑到其自身的实用性质，在其实用性之中，主要是包括有稳定性以及可维护性这两个层面。我们所说的可用性，也就是体系的正常作业时间。可维护性质就是说修复已经损坏的体系要花费的时间。所以，为了提升体系的使用性能，就要求我们缩减体系的整体维修时间。但是可用性技术大致包括有下列几个层面：①增多冗余装置，而且终端与终端之间是相互独立的，这样一来就可以在出现故障时就可以用这些设备来顶替，以此来保障其可以正常作业。因此就要求设备之间应当做到互相隔离，只有这样才能够避免其中一个设备出现故障的时候而导致整个系统瘫痪的情况出现；②故障接管，针对那些商用的群体而言，故障接管是非常关键的，当其中一个构建出现故障时，能够借助技术工艺来提供持续的服务；③修复技术，是针对那些出现问题的单元，借助接管的形式，以此来实现没有做完的任务，修复技术还可以依照其性质分成向前以及向后两种。

3.3并行程序设计环境

在并行软件规划的环节当中，主要是涵盖有下列几种：硬件平台、操作体制、程序语言、调试以及性能分析软件等。在整个集群体系内部，每个结点之间的差异在于他们是否有使用同一个储存器，假若使用的是不同的储存器，那么信息之间的交流与沟通就需要有对应的传递体系，所以，该体系就成为了程序设计规划环节当中的一个重要指标；但假如不是同一个存储器的话，那么在开展并行设计的时候，就应当将其中的变量也一并共享。

3.4资源管理与负载均衡

集群计算机体系之中，怎样合理的配置资源以及均衡系统当中的负载是最为关键的问题。在进行资源配置的过程中，应当将结点操作软件以及程序插入到集群操作体系内，这样一来就可以有效的解决资源分配问题。但是均衡负载的问题，其实就是算法的调度问题，借助均衡不同的工作，让更多的节点去解决这样的一些问题，这样一来可以提升其整体的利用率与处理任务的速度。譬如，集群计算机体系作用到互联网服务器之中时，通过把几个服务器结合在一起，构建成为一个有着较高实用性的服务器体系，这样一来就可以妥善的处理好系统均衡负载、系统扩充以及其容错率等层面上的问题，这就是传统的因特网服务器所不能预知相提并论的地方；而且，就客户的使用体验来说，客户在使用上不会感觉到与就体系之间的差别，所以，集群体系对客户而言是非常透明的；但针对那些邀请信息而言，集群体系就要求开展请求信息层面上的分配，并开展均衡载荷的计划，这样一来就可以将用户的请求发送到最适合处理的服务器之中，并进行信息处理，以此来实现性能上的完善，提升整体集群体系的工作效益。

4结语

伴随着科学技术的不断深入与发展，集群计算机体系将会受到更多的资源层面上的支持，系统将这样一些资源合理的利用起来，并开展有效的开发与运用，只有这样才能够研发出性能更强的计算机体系。但是怎样才能够将这样的一些资源合理地利用起来，这就成为了我们发展过程当中所必须要解决的问题。不仅如此，怎样减少集群体系的造价，发挥资源的作用，是今后发展所必须要重视的问题。计算机集群系统有着非常广阔的上升空间以及市场前景，在很多的行业当中都会受到行业的重视，因此要求我们在今后应该进行更深层次的研究。

参考文献

[1]熊盛武，王鲁，杨婕.构建高性能集群计算机系统的关键技术[J].微计算机信息，2016，（22）3：86~88.

[2]王刚.计算机集群技术的研究[J].河南科技，2014，10：1~3.

[3]张伟.计算机集群技术应用研究[J].电子制作，2015，05：108~109.

作者:刘娟 单位:山东省发展改革委信息中心