【摘 要】隨著我國經(jīng)濟與科技的飛速發(fā)展，以及社會主義現(xiàn)代化建設的不斷完善，計算機已經(jīng)普及到了千家萬戶，成為了人們日常生活和工作中不可缺少的重要組成部分。它給人們的工作學習帶來了巨大的便利，滿足了信息時代的技術要求。現(xiàn)如今，集群計算機系統(tǒng)的出現(xiàn)重新定義了超級計算機的概念，并成為了計算機革命的重要事件。它能夠快速解決復雜的計算問題，在很大程度上提高了計算機的應用能力，并利用高速的通信網(wǎng)絡使計算機高檔工作站、服務器與PC機得到了有效連接，在提高計算機運行效率的基礎上，滿足了不斷發(fā)展的社會進步新要求。本文就根據(jù)實際情況，簡單闡述一下實時集群計算機系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，并進行精準的分析，明確其應用范圍，展望未來的發(fā)展態(tài)勢。從而促進我國計算機事業(yè)的進一步發(fā)展，滿足科技進步的新要求。

【關鍵詞】實時集群 計算機系統(tǒng) 研究現(xiàn)狀 應用 發(fā)展

現(xiàn)如今，社會科學技術迅猛發(fā)展，計算機已經(jīng)普及到了千家萬戶，成為了人們生產(chǎn)生活中必不可少的工具。人們對計算機技術的應用研究也在不斷拓展，尤其是實時集群計算機系統(tǒng)的出現(xiàn)在很大程度上改變了人們傳統(tǒng)的看法，打破了處理器是提高計算機性能主要辦法的觀點。集群計算機系統(tǒng)的出現(xiàn)能夠實現(xiàn)兩臺或者多臺計算機的有機結合，將計算機的硬件與軟件進行融合使用，并運用這種強大的處理功能共同解決問題，降低原有的超級計算機的價格成本，使其具有更高的性價比。因此，各國不斷對其進行探索，將這種新型的集群計算機系統(tǒng)應用于軍事、仿真等領域，并取得了顯著的成效，這也在一定程度上說明了它的巨大優(yōu)勢。鑒于以上內容，集群計算機系統(tǒng)必將在未來的行業(yè)發(fā)展中占有一席之地，它也將為多元信息處理和控制系統(tǒng)開創(chuàng)一個嶄新的局面。

一、集群計算機系統(tǒng)的含義、分類以及功能

想要明確了解集群計算機系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，并展望其未來的發(fā)展態(tài)勢，首先就要明確什么是集群計算機系統(tǒng)以及它的分類和主要功能。顧名思義，集群計算機系統(tǒng)就是將多臺計算機進行串聯(lián)使用，從而達到計算效率提升的目的。它是利用高速通信網(wǎng)絡，按照一定的組織結構將一組高檔工作站、服務器和PC計算機進行緊密結合，從而實現(xiàn)系統(tǒng)高效并行的對策。與以往的單個計算機有所不同，它沒有外部的設備實施，不存在顯示器、鍵盤等硬件，但是它卻需要具有足夠的內存、高性能的主板以及高速的中央處理器等。只有這樣，才能實現(xiàn)計算機設備的高性能傳遞，使通信協(xié)議更加高效便捷。

集群計算機具有可拓展功能，不需要使用者過多的花費資金就能夠提高系統(tǒng)的性能。另外，它還具有非常良好的恢復和備份功能，這也就使其具有不同的分類情況。 按照應用的目的，可分為高性能集群、高可用性集群兩類；按照節(jié)點劃分，又包括專用和非專用集群。此外，它還能夠根據(jù)節(jié)點硬件的組成情況以及操作系統(tǒng)進行分類。簡單來說，實時集群計算機系統(tǒng)最主要的作用就在于其傳遞功能的發(fā)揮，它能夠將通信服務器中轉化而成的廣播信息進行接收，并將原始信息通過統(tǒng)計的方式發(fā)送到控制中心，實現(xiàn)資源的有效傳達。它的工作就好比大型的計算機，能夠完成數(shù)據(jù)輸入與輸出的全過程，實現(xiàn)信息的高效傳送。

二、實時集群計算機系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

實時集群計算機系統(tǒng)概念一經(jīng)提出就受到了全世界的廣泛關注，對其的應用研究也不斷涌現(xiàn)。但是其研究現(xiàn)狀仍舊存在不平衡現(xiàn)象，國內國外對其的發(fā)展探究有很大的區(qū)別。

第一，國外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。由于傳統(tǒng)計算機所用的處理器和操作系統(tǒng)大多為專用設備，使用成本較高，程序復雜，應用時間要多于硬件系統(tǒng)的使用壽命，浪費資金現(xiàn)象嚴重。因此，以美國為首的國家不斷研發(fā)新型的高性能硬件設備，于是就誕生出現(xiàn)了集群計算機系統(tǒng)。美國宇航局在1994年建立了第一個基于PC并行計算機的系統(tǒng)，并于1999年研制成功了256個中央處理器并行使用集群系統(tǒng)。

第二，國內研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。與國外的研究熱潮相比，我國在這方面的研究和應用機構相對還比較少，只有清華大學和西安交通大學對其進行了研發(fā)。1999年，清華大學研制出了8CPU和16CPU計算機，西安交通大學則在同一年研究出了8個PII350集群計算機BSPC-8。但是與國外優(yōu)秀的研究技術相比，我國系統(tǒng)研發(fā)的周期相對較慢，掌握該技術的專業(yè)人才也不夠。

總的來說，現(xiàn)如今的集群計算機系統(tǒng)已經(jīng)朝著軟件研發(fā)方面進行探索，簡化了網(wǎng)絡協(xié)議，并提出了在集群系統(tǒng)硬件上安裝新設備的思想。與此同時，為了解決網(wǎng)絡通信問題，還引進了先進設備，在設計過程中結合了硬件設施的特點，實現(xiàn)了TCP與IP通信的有效結合。

三、實時集群計算機系統(tǒng)的關鍵技術應用與未來展望

（一）可拓展性

計算機技術是不斷發(fā)展變化的，為了更好的適應設備的新功能，集群計算機系統(tǒng)也要具有可拓展性。其能力的延展主要包括三個方面：

第一，資源的可拓展性。其主要是指通過處理器數(shù)量、磁盤數(shù)量、存儲部件數(shù)量的增加來提高計算機集群系統(tǒng)的性能；第二，應用的可拓展性。它主要是指計算機應用程序會伴隨系統(tǒng)功能的改變予以革新；第三，技術的可拓展性。技術拓展是集群計算機系統(tǒng)的主要拓展功能，它主要由異構可拓展性、代可拓展性和空間可拓展性三方面組成，它能夠在關鍵技術改變的時候，提高計算機的適應程度。

（二）可用性應用技術

可用性技術是集群計算機系統(tǒng)的另一個重要技術，它主要是指計算機的正常運行時間，它包括可靠性以及可維護性兩方面內容。當系統(tǒng)的平均無故障時間得到了提升，那么其維修時間當然會隨之減少。所以，計算機集群系統(tǒng)研究者在今后的發(fā)展中要從以下方面予以入手。

首先，增加備用設備數(shù)量，并保證它們之間的運行是相互獨立的，避免一個設備發(fā)生問題而導致的計算機系統(tǒng)全面停工的現(xiàn)象；其次，故障接管對策。也就是說，一旦發(fā)現(xiàn)某個設備出現(xiàn)故障而停止運行，那么就要立即對其進行有效地銜接，保證集群計算機系統(tǒng)的順利應用；最后，恢復功能。如果只對設備進行接管，不去維修，那么就會造成資金的大量浪費，研究人員要能夠明確壞損設施出現(xiàn)問題的原因，并及時給予修理，從而提高設施的利用效率。

（三）保證通信方式的高效運行

通信子系統(tǒng)是集群計算機系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，它能夠實現(xiàn)節(jié)點之間信息的相互傳遞。而提高系統(tǒng)的傳送速度，保證通信效率的加快也是未來集群計算機的主要發(fā)展趨勢。對此，研究人員要改變以往的以LAN為基礎，采用TCP/IP進行傳播的方式。取而代之利用起ATM高速網(wǎng)絡進行傳播，從而解決以往傳播速度慢的情況。

（四）資源管理與均衡負載

資源管理與均衡負載是計算機集群系統(tǒng)中很重要的應用對策之一，在具體的操作管理過程中需要將集群操作系統(tǒng)融入到結點操作系統(tǒng)中去，從而有效解決資源的調度問題。例如，在因特網(wǎng)服務器中加入集群計算機系統(tǒng)應用對策能夠實現(xiàn)多個服務器的有機結合，進而組建成一個巨大的服務系統(tǒng)，提高其資源管理的能力和負載均衡力。

（五）并行程序的環(huán)境設計

硬件平臺、操作系統(tǒng)、編程語言等是并行程序環(huán)境設計中的重要組成部分。區(qū)分其節(jié)點的重要不同因素就在于它們是否具有統(tǒng)一的存儲器，倘若不存在這樣的設備，那么就需要設計一個并行的程序環(huán)境，它也就成為了參考和運行的標準，是集群計算機系統(tǒng)得以運行的關鍵環(huán)節(jié)。

（六）未來展望

目前，世界各國計算機技術飛速發(fā)展，人們在工作生活中對其的要求也越來越高，想要實現(xiàn)資源的有效匯聚，就一定要按照統(tǒng)一有效的方式對其進行利用。開發(fā)集群計算機系統(tǒng)也就成為了大勢所趨，它能夠有效的節(jié)約成本，保證資金的合理利用，也是解決未來計算機關鍵問題的重要環(huán)節(jié)。

四、結束語

總而言之，集群計算機系統(tǒng)的應用研究已經(jīng)成為了當今社會中的一個熱點話題。它具有擴展能力強、可用性高、效率快速等優(yōu)勢。為了盡可能的提高計算機的運行效率，保證其時效性，就一定要堅持集群計算機系統(tǒng)的研發(fā)。

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作者簡介：

陳震，（1976-），男，漢，遼寧遼陽人，遼寧建筑職業(yè)學院信息工程系，講師，碩士。研究方向：計算機應用技術。