張彪

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)的發(fā)展速度也在持續(xù)加快。在計算機技術(shù)中，集群技術(shù)是一項核心技術(shù)，它和計算機各項功能的實現(xiàn)直接相關(guān)。因此，通過對計算機集群技術(shù)的深入研究和分析，可以更加清楚地了解到它的操作原理，從而也就可以更加有效地進行程序操作。目前，計算機集群技術(shù)已經(jīng)被廣泛應用在很多大型企業(yè)處理數(shù)據(jù)的過程中?；诖耍疚膶⒅饕治鲇嬎銠C集群技術(shù)應用的相關(guān)內(nèi)容，旨在給相關(guān)的工作人員提供一點啟示。

關(guān)鍵詞：計算機；集群技術(shù)；應用

中圖分類號：TP338 文獻標識碼：A

引言

在我國信息技術(shù)與處理器性能持續(xù)發(fā)展和提高的過程中，人們開始將那些比較便宜的服務(wù)器和工作站通過以太網(wǎng)的形式進行有效連接，然后就能夠形成計算機集群，從而也就可以用較低的代價來獲得更高的性能。因此，對于計算機集群的研究已經(jīng)成為目前計算機研究和開發(fā)中的一個非常重要的方向。

1 計算機集群技術(shù)的定義

目前，學術(shù)界對于計算機集群的定義有很多種，本文將使用一種最先進和全面的定義來奠定研究的基礎(chǔ)。集群的定義是在現(xiàn)代高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的工作站以及其他的中間架構(gòu)，按照相應的次序?qū)ζ溥M行再次組成，從而也就可以形成一種新的結(jié)構(gòu)體制?，F(xiàn)有的計算機能夠和其他的計算機進行直接地調(diào)度與交流溝通，隨著調(diào)度工作的不斷開展，提升整體網(wǎng)絡(luò)處理速率的一種網(wǎng)絡(luò)體系。把一些專業(yè)化的信息轉(zhuǎn)化成我們可以理解和閱讀的語言，也就是說，把設(shè)備終端和網(wǎng)絡(luò)進行有效連接，從網(wǎng)絡(luò)的層面上看可以構(gòu)成一種相互關(guān)聯(lián)的組織，即使是設(shè)備終端不同也可以在同樣的頻道上一同進行，并集中對這些設(shè)備進行管理。在運行環(huán)節(jié)當中，終端設(shè)備相當于是在和一個群體進行交流與溝通，集群為終端設(shè)備帶來其所需要的服務(wù)，而這樣的一個環(huán)節(jié)也正是集群體現(xiàn)其作用的環(huán)節(jié)。計算機的集群體系可以按照其性質(zhì)分成兩種：第一種就是集群文件體系，第二種是NS體系。這兩種體系各有用處。集群文件體系能夠完成較多文件的編寫，還可以對大文件進行編寫。但是NS體系能夠把文件與文件之間的分享變成現(xiàn)實，有著非常優(yōu)異的儲存性質(zhì)，憑借著較高的性能以及較強的承載力，因此得到了廣泛應用。

2 計算機集群技術(shù)的結(jié)構(gòu)和特點

2.1 系統(tǒng)價格低

因為生產(chǎn)的批量相對較小，但是傳統(tǒng)的巨型機和MPP的價格都相對較高，通常都需要花費幾百萬乃至上千萬美金。但是構(gòu)成集群的工作站與高檔PC機通常是進行批量生產(chǎn)的，所以價格通常比較低。由多臺工作站構(gòu)成的計算機集群系統(tǒng)能夠滿足大部分應用的實際需求，而且售價通常都比較低。

2.2 系統(tǒng)開發(fā)周期短

因為集群系統(tǒng)大多使用了商務(wù)工作站和LAN網(wǎng)絡(luò)，從而就使得主機和節(jié)點的管理更加簡便，而且也更加可靠。但是，對于系統(tǒng)的研究主要是為了能夠提高程序的編制效率和并行性，因此，也就無須對計算結(jié)點進行重新制定，也無須對規(guī)劃體系和編譯體系進行重新規(guī)劃，從而也就可以節(jié)省更多的時間來開展研發(fā)工作。

2.3 節(jié)約系統(tǒng)資源

因為集群系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常都是非常靈活的，它能夠把不同的體系結(jié)構(gòu)、不同性能的工作站連接起來，從而也就可以確?，F(xiàn)有的設(shè)備都得到最大化地利用。從使用效率方面來說，集群系統(tǒng)的資源利用率相對單機系統(tǒng)來說更高。據(jù)UCBerkeley計算機系100多臺工作站的使用情況調(diào)查顯示，對單機系統(tǒng)的使用率低于百分之十，但是集群系統(tǒng)中的資源利用率高達百分之八十作用。從另一方面來說，就算是對用戶設(shè)備進行更新，原有的性能較差與型號比較落后的那些機器依舊可以在集群系統(tǒng)中起重要作用。

2.4 用戶投資風險小

在客戶購買傳統(tǒng)的巨型裝置以及MPP體系的時候，通常無須考慮工作效益的問題。在具體的工作過程中，總是會發(fā)生因使用率較低而造成資源浪費的問題。但是，集群體系不只是一種并行的體系，其中所有的工作節(jié)點都可以作為獨立的工作站，雖然整體體系的工作效益不夠明顯，但是依舊能夠把它作為獨立的工作站投入使用。

2.5 用戶編程方便

在集群體系內(nèi)部，軟件的并行性通常都是在原來的C、C++或Fortran串行的編碼中，添加相應的通信語言。用戶使用的軟件程序依然是他們所熟悉的軟件，并不需要因為新體系的使用而進行相應的變動，從而也就能夠直接將原有的程序拿來使用。

2.6 系統(tǒng)擴展性好

一般情況下，集群系統(tǒng)使用的都是通用網(wǎng)絡(luò)，因此系統(tǒng)的擴展性更好。從性能方面來說，大部分中、粗粒度的并行應用的效率都相對較高。據(jù)相關(guān)的調(diào)查研究顯示，八臺工作站的加速比大約在5.83到7.9之間，其并行處理效率大約為72.88%至99%。

3 計算機集群技術(shù)的應用

3.1 數(shù)值天氣預報

在數(shù)值預報中，通常使用離散方法來求解非線性方程，它的計算范圍可以涵蓋整個大氣層，因此計算過程是相對比較繁雜的。但是，天氣預報的實時性特點要求相關(guān)的數(shù)值和計算結(jié)果必須要在規(guī)定的時間內(nèi)得出。因此，其是用于我國的高原地區(qū)復雜地形條件下的有限區(qū)域的YH數(shù)值天氣預報模式和美國大氣科學研究中心研制的MM5中尺度數(shù)值預報模式，在8個結(jié)點的SCAPE集群系統(tǒng)上加速比達到6。

3.2石油地震數(shù)據(jù)處理

當前，在油氣勘探中，三維地震勘探是非常有效的一種方式，其在完成地質(zhì)勘探任務(wù)方面起著至關(guān)重要的作用。相對于二維勘探來說，三維地震勘探可以提供更加準確的地下圖像，它和地下的實際情況非常接近，從而也就能夠更加高效地應對各類地質(zhì)問題。但是，因為其中的數(shù)據(jù)量和計算量較大、所需花費的計算時間較長，所以使得一些先進的三維地震資料處理方式難以在大型計算機上實現(xiàn)。但并行處理可以給這些方法的實現(xiàn)提供可能。

3.3 CAD圖像處理

在對CAD圖像進行處理的時候，通過需要對很多數(shù)據(jù)進行分析和處理，而計算機計算技術(shù)可以給它提供有效的技術(shù)支持，從而也就能夠進一步縮短對CAD圖像進行處理所需花費的時間。

4 集群系統(tǒng)的發(fā)展及展望

隨著對集群系統(tǒng)研究工作的開展，世界上許多大學和實驗室都建立了實驗集群系統(tǒng)，并進行了許多應用測試，結(jié)果表明大量的并行應用程序都能在集群系統(tǒng)上有很好的效率。

除了傳統(tǒng)的大規(guī)模并行計算和工程設(shè)計外，集群系統(tǒng)在事務(wù)處理、并行數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器等領(lǐng)域也有較好的應用前景。這些領(lǐng)域的共同特點是數(shù)據(jù)量大，要求同時服務(wù)的用戶多，對吞吐率和響應時間要求高，集群系統(tǒng)價格低、可靠性好、吞吐率高，而且系統(tǒng)資源豐富，比起其他解決方案集群系統(tǒng)具有更多的優(yōu)點。目前有些商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)已經(jīng)提供這種分布處理的支持，比如WindowsSQLServer和Informax。作為多數(shù)研究及應用機構(gòu)都能承受得起的一種超級計算資源，集群系統(tǒng)必將對許多大挑戰(zhàn)的計算問題及國民經(jīng)濟起到積極影響。

5 結(jié)束語

在我國科學技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，集群計算機技術(shù)必將受到更多層面的支持，系統(tǒng)能夠把一些資源進行合理利用和開發(fā)，從而也就可以研制出性能更強大的計算機體系。但是，如何把相關(guān)的資源進行合理利用，是目前急需解決的主要問題。此外，如何降低集群體系的價格，最大化發(fā)揮資源的作用，也是未來發(fā)展過程中應該關(guān)注的重點。所以，相關(guān)的人員應該對其進行更加深入的研究。

參考文獻

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[3]張偉.計算機集群技術(shù)應用研究[J].電子制作，2015，（05）：108-109.

（作者單位：中國石油吉林油田公司地球物理勘探研究院）