本實(shí)用新型涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種新型的PC集群系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

集群是一種并行或分布式處理系統(tǒng)，由很多連接在一起的獨(dú)立計(jì)算機(jī)組成，像一個(gè)單獨(dú)集成的計(jì)算資源一樣協(xié)同工作。計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)可以是一個(gè)單處理器或多處理器的系統(tǒng)(PC、工作站或 SMP)，擁有內(nèi)存、I/O 設(shè)備和操作系統(tǒng)。一個(gè)集群一般是指連接在一起的兩個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)(節(jié)點(diǎn))。節(jié)點(diǎn)可以是在一起的，也可以是物理上分散而通過 LAN 連結(jié)在一起的：一個(gè)連接在一起(LAN 基礎(chǔ)上)的計(jì)算機(jī)集群對于用戶和應(yīng)用程序來說像一個(gè)單一的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)可以提供一種價(jià)格合理的并可獲得所需性能和優(yōu)勢(快速而可靠的服務(wù))的解決方法，這在以往只能通過更昂貴的專用共享內(nèi)存系統(tǒng)來達(dá)到。

目前，常見的有以下三種集群：Berkeley 加州大學(xué)的工作站網(wǎng)絡(luò)(NOW)項(xiàng)目；Urbana-Champaign 伊利諾州大學(xué)的高性能虛擬機(jī)(HPVM)項(xiàng)目；NASA Goddard Space Flight Center 的 Beowulf 項(xiàng)目,下面予以詳細(xì)介紹。

1. Berkeley 的工作站網(wǎng)絡(luò)(NOW)項(xiàng)

Berkeley 的 NOW 項(xiàng)目是用大量生產(chǎn)的商品化工作站和最先進(jìn)的基于開關(guān)的商品化網(wǎng)絡(luò)部件構(gòu)造大型并行計(jì)算系統(tǒng)的典范。為達(dá)到將分散的工作站結(jié)合成單一的系統(tǒng)，NOW 項(xiàng)目包含了對網(wǎng)絡(luò)接口硬件、快速通信協(xié)議、分布式文件系統(tǒng)、分布式調(diào)度和任務(wù)控制的研究和開發(fā)。

2. 高性能虛擬機(jī)(HPVM)項(xiàng)目

HPVM 項(xiàng)目的目的是將超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能分配在低價(jià)商品化的系統(tǒng)上。HPVM 還希望將復(fù)雜的分布式系統(tǒng)隱藏在清晰明確的界面后面。HPVM 項(xiàng)目提供的軟件使高性能計(jì)算可以在PC或工作站集群上運(yùn)行HPVM的結(jié)構(gòu)。包括很多高 API(Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口，是一些預(yù)先定義的函數(shù)) 軟件部件，如 MPI、SHMEM 和全局?jǐn)?shù)組，使 HPVM 集群可以與專用的 MPP（ Massively Parallel Processing，大規(guī)模并行處理系統(tǒng)）系統(tǒng)媲美。

3. Beowulf 集群項(xiàng)目

Beowulf 項(xiàng)目的目標(biāo)是發(fā)掘 PC 集群執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的潛力。Beowulf 指的是一堆 PC 機(jī)構(gòu)成一個(gè)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(wǎng)絡(luò)。Beowulf 總的目標(biāo)是達(dá)到集群的“最佳”性能價(jià)格比。在 Beowulf 項(xiàng)目中所開發(fā)并不斷發(fā)展的一套系統(tǒng)軟件工具被稱為 Grendel，這些工具用于資源管理和分布式應(yīng)用程序。Beowulf 可以分布在許多編程環(huán)境中，有一些作為獨(dú)立包的開發(fā)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(nèi)的以太網(wǎng) TCP/IP 實(shí)現(xiàn)的。因此，處理器間的通信受以太網(wǎng)的性能參數(shù)和控制消息傳遞的系統(tǒng)軟件限制。Beowulf 已經(jīng)在探索使用并行多以太網(wǎng)來滿足內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸帶寬的需要。該結(jié)構(gòu)使用的“通道綁定(channel binding)”技術(shù)，是作為一系列 Linux 內(nèi)核的增強(qiáng)功能來實(shí)現(xiàn)的。Beowulf 項(xiàng)目使用多達(dá) 3 個(gè)綁在一起的網(wǎng)絡(luò)來達(dá)到可觀的通量，從而驗(yàn)證了通道綁定技術(shù)的可行性。新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如快速以太網(wǎng)的出現(xiàn)，將為處理器間通信性能提供更好的保障。

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，單個(gè)小規(guī)模PC集群難以滿足其對數(shù)據(jù)處理速度的要求。如果各個(gè)機(jī)構(gòu)各自組裝大規(guī)模的集群系統(tǒng)，一則成本高，二則在集群使用率不高的情況下存在計(jì)算資源浪費(fèi)的情況。如何進(jìn)一步在低成本的前提下提高集群的計(jì)算性能是一個(gè)急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的問題是如何低成本提高集群計(jì)算性能。

基于PC集群的二次集群系統(tǒng)，包括多個(gè)PC集群、多個(gè)一級(jí)交換機(jī)，一個(gè)二級(jí)交換機(jī)，PC集群內(nèi)部通過一級(jí)交換機(jī)相連，PC集群之間通過二級(jí)交換機(jī)相連，系統(tǒng)采用主從模式的體系結(jié)構(gòu)，由其中一個(gè)計(jì)算性能最強(qiáng)大的集群作為主集群，其它集群作為從集群。

局域網(wǎng)用戶為與二級(jí)交換機(jī)直接相連的PC，局域網(wǎng)用戶作為控制節(jié)點(diǎn)之一。

遠(yuǎn)程用戶為與二級(jí)交換機(jī)通過Internet相連的PC，遠(yuǎn)程用戶作為控制節(jié)點(diǎn)之一。

將各個(gè)機(jī)構(gòu)內(nèi)部的集群通過硬件和軟件的方式組織起來，形成更高一級(jí)別的集群系統(tǒng)，能夠高速完成大型計(jì)算任務(wù)。二次集群系統(tǒng)不影響各個(gè)集群本身的完整性，各個(gè)集群仍然可處理機(jī)構(gòu)內(nèi)小規(guī)模的計(jì)算。這樣在低成本提高集群的計(jì)算性能的同時(shí)有效提高計(jì)算資源的利用率。

附圖說明

圖1是基于PC集群的二次集群系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是連入局域網(wǎng)用戶的二次集群系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖3是連入遠(yuǎn)程用戶的二次集群系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖4是連入局域網(wǎng)用戶和遠(yuǎn)程用戶的二次集群系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1所示，基于PC集群的二次集群系統(tǒng)，包括多個(gè)PC集群、多個(gè)一級(jí)交換機(jī)，一個(gè)二級(jí)交換機(jī)，PC集群內(nèi)部通過一級(jí)交換機(jī)相連，PC集群之間通過二級(jí)交換機(jī)相連，系統(tǒng)采用主從模式的體系結(jié)構(gòu)，由其中一個(gè)計(jì)算性能最強(qiáng)大的集群作為主集群，其它集群作為從集群。主集群負(fù)責(zé)對二次集群系統(tǒng)中各個(gè)從集群進(jìn)行管理和控制，并收集從集群的負(fù)載信息，然后根據(jù)各從集群的負(fù)載情況對客戶作業(yè)進(jìn)行調(diào)度。當(dāng)客戶機(jī)（不一定在主集群中，局域網(wǎng)內(nèi)其他PC均可）發(fā)送任務(wù)請求時(shí)，主集群負(fù)責(zé)接受任務(wù)，并根據(jù)調(diào)度策略選擇合適的從集群對此任務(wù)進(jìn)行處理。

實(shí)施例2

如圖2所示，基于PC集群的二次集群系統(tǒng)，包括多個(gè)PC集群、多個(gè)一級(jí)交換機(jī)，一個(gè)二級(jí)交換機(jī)，PC集群內(nèi)部通過一級(jí)交換機(jī)相連，PC集群之間通過二級(jí)交換機(jī)相連，系統(tǒng)采用主從模式的體系結(jié)構(gòu)，由其中一個(gè)計(jì)算性能最強(qiáng)大的集群作為主集群，其它集群作為從集群。主集群負(fù)責(zé)對二次集群系統(tǒng)中各個(gè)從集群進(jìn)行管理和控制，并收集從集群的負(fù)載信息，然后根據(jù)各從集群的負(fù)載情況對客戶作業(yè)進(jìn)行調(diào)度。在本例中，局域網(wǎng)用戶為與二級(jí)交換機(jī)直接相連的PC，局域網(wǎng)用戶作為控制節(jié)點(diǎn)之一。當(dāng)局域網(wǎng)用戶發(fā)送任務(wù)請求時(shí)，主集群負(fù)責(zé)接受任務(wù)，并根據(jù)調(diào)度策略選擇合適的從集群對此任務(wù)進(jìn)行處理。

實(shí)施例3

如圖3所示，基于PC集群的二次集群系統(tǒng)，包括多個(gè)PC集群、多個(gè)一級(jí)交換機(jī)，一個(gè)二級(jí)交換機(jī)，PC集群內(nèi)部通過一級(jí)交換機(jī)相連，PC集群之間通過二級(jí)交換機(jī)相連，系統(tǒng)采用主從模式的體系結(jié)構(gòu)，由其中一個(gè)計(jì)算性能最強(qiáng)大的集群作為主集群，其它集群作為從集群。主集群負(fù)責(zé)對二次集群系統(tǒng)中各個(gè)從集群進(jìn)行管理和控制，并收集從集群的負(fù)載信息，然后根據(jù)各從集群的負(fù)載情況對客戶作業(yè)進(jìn)行調(diào)度。在本例中，遠(yuǎn)程用戶為與二級(jí)交換機(jī)通過Internet相連的PC，遠(yuǎn)程用戶作為控制節(jié)點(diǎn)之一。當(dāng)遠(yuǎn)程用戶發(fā)送任務(wù)請求時(shí)，主集群負(fù)責(zé)接受任務(wù)，并根據(jù)調(diào)度策略選擇合適的從集群對此任務(wù)進(jìn)行處理。

實(shí)施例4

如圖4所示，基于PC集群的二次集群系統(tǒng)，包括多個(gè)PC集群、多個(gè)一級(jí)交換機(jī)，一個(gè)二級(jí)交換機(jī)，PC集群內(nèi)部通過一級(jí)交換機(jī)相連，PC集群之間通過二級(jí)交換機(jī)相連，系統(tǒng)采用主從模式的體系結(jié)構(gòu)，由其中一個(gè)計(jì)算性能最強(qiáng)大的集群作為主集群，其它集群作為從集群。主集群負(fù)責(zé)對二次集群系統(tǒng)中各個(gè)從集群進(jìn)行管理和控制，并收集從集群的負(fù)載信息，然后根據(jù)各從集群的負(fù)載情況對客戶作業(yè)進(jìn)行調(diào)度。在本例中，局域網(wǎng)用戶為與二級(jí)交換機(jī)直接相連的PC，局域網(wǎng)用戶作為控制節(jié)點(diǎn)之一；遠(yuǎn)程用戶為與二級(jí)交換機(jī)通過Internet相連的PC，遠(yuǎn)程用戶作為控制節(jié)點(diǎn)之一。當(dāng)局域網(wǎng)用戶或遠(yuǎn)程用戶發(fā)送任務(wù)請求時(shí)，主集群負(fù)責(zé)接受任務(wù)，并根據(jù)調(diào)度策略選擇合適的從集群對此任務(wù)進(jìn)行處理。