陳義夫,劉威爾,馮仰德

1(中國科學院 計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心,北京 100190)

2(中國科學院大學,北京 100049)

以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、量子通信、區(qū)塊鏈等為代表的新一代技術(shù)正在蓬勃發(fā)展,時刻影響著人們的生活,而新一代技術(shù)的發(fā)展離不開高性能計算.在市場驅(qū)動,應(yīng)用推廣和產(chǎn)業(yè)化推進的過程中,高性能計算在推動我國發(fā)展的進程中占有重要地位,因此高性能計算也成為衡量國家之間綜合實力的基準之一[1].

雖然我國高性能計算實力出眾,但對于廣大中小企業(yè)來說,由于企業(yè)人才匱乏,知識儲備單一,計算資源不足等特點[2],高性能計算的應(yīng)用在中小企業(yè)中普及度不高,我國高性能計算領(lǐng)域的發(fā)展尚未有效帶動廣大中小企業(yè)發(fā)展.

針對中小企業(yè)自身特點和高性能計算技術(shù)應(yīng)用時面臨的具體困難,我們建立一個依托高性能計算環(huán)境的中小企業(yè)數(shù)值模擬與計算服務(wù)社區(qū),并建立相對應(yīng)的服務(wù)機制、運營機制和計費機制等,為中小企業(yè)提供便捷、高效、全方位的高性能計算服務(wù).

1 中小企業(yè)數(shù)值模擬與計算應(yīng)用社區(qū)介紹

計算社區(qū)采用前后端分離架構(gòu),前端使用Vue 框架.后端使用Python 語言的Tornado 框架,數(shù)據(jù)管理和任務(wù)提交都以微服務(wù)的形式實現(xiàn),形式更加簡單,設(shè)計更輕量,實現(xiàn)更便捷.

1.1 整體系統(tǒng)架構(gòu)

中小企業(yè)的數(shù)值模擬與計算,體現(xiàn)在訪問規(guī)模大,每次計算時間短,但次數(shù)比較密集,屬于計算密集型和數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用.為此,平臺采用以K8S+Docker 集群為核心,以天河高性能計算集群為支撐,為其他異構(gòu)高性能計算集群預留擴展接口的架構(gòu)設(shè)計,所有的業(yè)務(wù)相關(guān)功能均采用容器化部署.這樣可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰,降低了開發(fā)的復雜性,提高了系統(tǒng)的健壯性和可伸縮性,使得系統(tǒng)易于維護和擴展,如圖1所示.

圖1 計算社區(qū)整體框架設(shè)計

資源服務(wù)層主要是以天河高性能計算系統(tǒng)為主提供高性能計算環(huán)境.K8S 集群為系統(tǒng)關(guān)鍵應(yīng)用和服務(wù)部署的核心平臺,面向計算軟件、管理調(diào)度程序、數(shù)據(jù)管理服務(wù)和可視化軟件等提供容器化的部署方式,構(gòu)成微服務(wù)容器集群.K8S 底層由資源池和網(wǎng)絡(luò)存儲方案進行支持,上層由容器管理平臺提供應(yīng)用調(diào)度管理.

框架服務(wù)層是整個架構(gòu)的核心部分,負責對資源監(jiān)控、作業(yè)調(diào)度、作業(yè)管理和數(shù)據(jù)管理.框架服務(wù)層將各種計算資源封裝整合成服務(wù),并為資源請求者與資源提供者之間提供一種協(xié)商機制,通過協(xié)商,在資源請求者和資源提供者之間為如何使用資源而達成某種協(xié)定,并保證服務(wù)質(zhì)量.同時該層需要做到:(1)抽象資源的共享能力與邏輯資源種類的一致性,封裝各類異構(gòu)高性能計算資源為服務(wù),通過服務(wù)接口實現(xiàn)資源共享.(2)實現(xiàn)資源狀態(tài)監(jiān)控和故障恢復服務(wù)、系統(tǒng)容錯服務(wù)、系統(tǒng)安全服務(wù)和服務(wù)質(zhì)量保證機制.對于中小企業(yè),并發(fā)量大,系統(tǒng)容錯與安全是服務(wù)的重點.(3)針對工作流和計算作業(yè)實現(xiàn)支持服務(wù)質(zhì)量的服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)調(diào)度機制.

應(yīng)用服務(wù)層負責整合所有的應(yīng)用服務(wù)并向用戶展示.包括專家智庫服務(wù)、知識圖譜服務(wù)、可視化服務(wù)、資產(chǎn)管理服務(wù)、用戶管理服務(wù)和計費/收費管理服務(wù)機制.

1.2 核心服務(wù)設(shè)計

一般來說,超算計算任務(wù)的提交、查詢和控制以及計算資源的查詢、發(fā)現(xiàn)等操作是通過遠程的SSH命令實現(xiàn)的,這種實現(xiàn)對于以Web 作為用戶交互的高性能計算服務(wù)并不理想.同時,中小企業(yè)計算任務(wù)中,存在大量計算量小,任務(wù)周期短的任務(wù),這些大并發(fā)數(shù)量的計算任務(wù),不但會對任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)造成極大的壓力,還會使得計算資源使用碎片化,不利于計算資源的有效利用.

為實現(xiàn)對計算任務(wù)和數(shù)據(jù)進行有效管理,本文提出設(shè)計了一套任務(wù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng),由任務(wù)管理程序和數(shù)據(jù)管理程序組成,其中主要包括工作流管理服務(wù)程序、數(shù)據(jù)管理服務(wù)程序、端服務(wù)程序和監(jiān)控服務(wù)程序.

工作流管理服務(wù)程序和端服務(wù)程序組成任務(wù)管理子系統(tǒng),如圖2所示.工作流管理服務(wù)程序負責把工作流分解成計算任務(wù)序列,并且保障計算任務(wù)序列按照正確的先后順序執(zhí)行,支撐工作流的有效執(zhí)行.接口模塊接收一個工作流的描述后,預處理模塊首先通過工作流解析,把工作流分解為一系列的計算任務(wù)序列,然后把計算任務(wù)映射到擁有所需軟硬件資源的端服務(wù).端服務(wù)接受來自計算任務(wù)管理服務(wù)程序的計算任務(wù),負責計算任務(wù)的實際執(zhí)行并返回執(zhí)行狀態(tài),實現(xiàn)了計算任務(wù)在超算系統(tǒng)的提交、查詢和控制等操作.

數(shù)據(jù)管理服務(wù)程序和端服務(wù)程序組成數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng),負責記錄與計算任務(wù)對應(yīng)數(shù)據(jù)的存儲位置,以及數(shù)據(jù)在不同存儲設(shè)備間的傳輸.每個計算任務(wù)的數(shù)據(jù)都會包含在一個文件夾內(nèi),這個文件夾實際會存儲在某個存儲設(shè)備上,一個工作流包含多個計算任務(wù),不同的計算任務(wù)有可能在不同的設(shè)備上執(zhí)行,因此,這些數(shù)據(jù)會分布在不同存儲設(shè)備上.數(shù)據(jù)管理服務(wù)程序主要負責維護一元組數(shù)據(jù),記錄這些數(shù)據(jù)的實際存儲位置,把這些數(shù)據(jù)映射到一個虛擬的文件夾中,為其他服務(wù)提供數(shù)據(jù)存儲定位和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā).

圖2 任務(wù)管理服務(wù)程序設(shè)計

在計算社區(qū)搭建中,我們結(jié)合上述管理程序,采用模塊化、多層次的松耦合結(jié)構(gòu),提供簡單易用的Web API 服務(wù),如表1所示.在上述API 中,如果API 交互正常,則會返回HTTP 狀態(tài)碼200,其他錯誤狀態(tài)碼則由HTTP 錯誤代碼定義.返回的JSON 字符串包括status_code 和status_msg 兩個通用參數(shù)以及每個API 返回的具體的內(nèi)容.

表1 API 功能表

1.3 功能模塊

計算社區(qū)基本功能包括應(yīng)用軟件、工作流服務(wù)、可視化服務(wù)、資源介紹和用戶管理等,如圖3所示.

圖3 中小企業(yè)數(shù)值模擬與計算應(yīng)用社區(qū)功能模塊圖

應(yīng)用軟件:為降低軟件服務(wù)應(yīng)用門檻,提高中小企業(yè)對軟件應(yīng)用服務(wù)的應(yīng)用效率,計算社區(qū)設(shè)計了作業(yè)提交系統(tǒng).在應(yīng)用軟件頁面結(jié)合上海、長沙和廣州的計算資源,為用戶提供了多種學科分類的計算軟件,用戶在選定計算軟件之后進入作業(yè)提交頁面,只需將參數(shù)寫在文件中,上傳文件,設(shè)定運行時間和CPU 數(shù),在點擊提交后,系統(tǒng)會對文件進行異步上傳,同時對高性能計算節(jié)點發(fā)送請求檢測文件傳輸情況,在文件上傳完成后開始計算.

工作流服務(wù):為提升中小企業(yè)數(shù)值模擬與計算的效率.包含了智能化的工作流復用和管理服務(wù).采用可拖拽式的工作流建模工具GooFlow 開發(fā),用戶可使用其對工作流進行建模,在建模過程中,選取建模界面欄目中不同類型節(jié)點并單擊節(jié)點選取所需軟件,構(gòu)建所需流程后調(diào)用計算軟件資源,也可以將流程保存在社區(qū)或保存成本地模板文件后續(xù)進行復用或共享.調(diào)度方法采用工作流調(diào)度語言CWL,核心服務(wù)以CWL 語法的形式將軟件的輸入輸出參數(shù)、輸入輸出文件格式和執(zhí)行軟件的邏輯順序固化成接口.用戶構(gòu)建好流程并上傳文件后,核心服務(wù)會根據(jù)流程的CWL 邏輯調(diào)用超算端軟件資源進行計算.

可視化服務(wù):為滿足用戶遠程可視化和工作流模板調(diào)用可視化應(yīng)用的需求,采用基于noVNC 的虛擬桌面和基于ParaView 的Web 應(yīng)用程序兩種技術(shù)路線進行了實現(xiàn).用戶在平臺可上傳前處理的計算模型和參數(shù)文件,也可通過可視化節(jié)點進行遠程交互實現(xiàn)可視化前處理.完成的計算模型和參數(shù)提交數(shù)值模擬計算節(jié)點進行計算,計算的過程結(jié)果和流程進度結(jié)果可通過可視化節(jié)點返回用戶.

資源介紹:計算社區(qū)向用戶提供SaaS 服務(wù),各節(jié)點部署有購買的商用軟件、由研發(fā)團體研發(fā)的自研軟件、主流的開源軟件.考慮到中小企業(yè)人才知識儲備相對單一的特點,許多中小企業(yè)對相關(guān)應(yīng)用軟件了解度不足,計算社區(qū)將應(yīng)用軟件細化分類并提供資源介紹,幫助中小企業(yè)了解相關(guān)應(yīng)用軟件并對同類型軟件進行對比,以尋找最切合需求的高性能計算軟件應(yīng)用.

用戶管理:該模塊主要是負責各個用戶的注冊登錄、作業(yè)和余額進行管理.用戶登錄輸入賬號密碼在格式和驗證碼無誤后提交至后臺進行身份驗證,當用戶名或者密碼任意一項錯誤時,社區(qū)在登錄頁面顯示用戶名錯誤或密碼錯誤,提醒用戶檢查用戶名或密碼后重新輸入.登錄到社區(qū)后用戶能對自己的關(guān)鍵信息進行修改,并對社區(qū)中的余額進行查詢.同時,用戶能對自己提交的計算作業(yè)進行查詢,在計算作業(yè)完成之后付費并下載結(jié)果.

2 社區(qū)運營機制

社區(qū)平臺基于各大國家高性能計算集群,擁有強大的計算資源和專業(yè)的維護能力,但部分服務(wù)較少的應(yīng)用于實踐.面對多樣化的問題,需求量大的用戶群體很難得到定制化的服務(wù).因此,我們提出結(jié)合專家智力庫社區(qū)平臺更好的服務(wù)用戶需求.

2.1 自營模式—專家智力庫

中小企業(yè)用戶在實際使用社區(qū)平臺的過程中遇到問題時,可查詢常見問題界面尋求幫助.常見問題可分為賬戶問題、數(shù)據(jù)上傳問題、軟件運行問題和結(jié)果下載問題.其中,數(shù)據(jù)上傳與軟件運行過程中,如果發(fā)生錯誤,系統(tǒng)將返回一個錯誤代碼,同時給出此錯誤代碼常見問題的鏈接.如果常見問題未能解決用戶的問題,用戶可選擇在線技術(shù)支持.

中小企業(yè)數(shù)值模擬與計算應(yīng)用服務(wù)社區(qū)設(shè)置在線值班專家,用戶遇到的問題可以隨時向值班專家咨詢,社區(qū)設(shè)置一個懸浮對話框,用戶可以通過聊天窗口與值班專家進行溝通.如果值班專家無法解答用戶的問題,便向用戶推薦專家?guī)斓膶＜?由專家?guī)炖锏膶＜医o用戶解答問題.

2.2 商業(yè)模式

中小企業(yè)數(shù)值模擬與計算應(yīng)用服務(wù)社區(qū)涉及到的用戶及問題各種各樣,專家智力庫中的專家對問題的熟悉度及精力不能很好地解答社區(qū)用戶的問題,因此我們探討引進數(shù)值模擬公司、應(yīng)用軟件公司進駐社區(qū).

社區(qū)平臺與數(shù)值模擬公司和計算軟件公司以實現(xiàn)共同利益為基礎(chǔ),資源共享和優(yōu)勢互補為前提,建立明確的合作目標,以法律法規(guī)下的協(xié)議或者合同為依據(jù),創(chuàng)建社區(qū)平臺合作創(chuàng)新商業(yè)運營模式[3].

2.2.1 社區(qū)平臺對企業(yè)和公司的合作激勵

在社區(qū)平臺與數(shù)值模擬企業(yè)和計算軟件公司合作創(chuàng)新過程中,參與企業(yè)和公司的努力水平和專業(yè)程度能夠?qū)献鲃?chuàng)新的利潤產(chǎn)生影響.對平臺來說,需要采取一些激勵措施引入數(shù)量更多、質(zhì)量更高、領(lǐng)域更全的企業(yè)和公司.對于社區(qū)平臺與企業(yè)和公司之間的合作關(guān)系,我們可以從信息資源合理配置、資質(zhì)認證機制、創(chuàng)新貢獻激勵等方式促進雙方之間的合作[4].

(1)信息資源合理配置.信息資源合理配置是社區(qū)平臺與數(shù)值模擬企業(yè)和計算軟件公司之間合作的一個基礎(chǔ).為了提高在合作創(chuàng)新中信息的一致性和穩(wěn)定性,減少信息缺失和多重傳遞導致的信息扭曲,應(yīng)通過信息資源合理配置使得社區(qū)平臺與企業(yè)和公司及時、有效地進行溝通.信息資源合理配置有助于重要信息的自由流動,當社區(qū)平臺提供的服務(wù)或者現(xiàn)有的專家?guī)熘袑＜姨岢龅慕鉀Q方案無法切合用戶需求時,通過在社區(qū)平臺上發(fā)布信息讓有相關(guān)經(jīng)驗和能力的數(shù)值模擬企業(yè)和計算軟件公司都參與進來與用戶進行協(xié)商,提供更加符合實際需求、更全面、更專業(yè)的服務(wù).與此同時,完成需求后產(chǎn)生的解決方案可以作為一個新的復用案例進一步完善社區(qū)平臺應(yīng)用能力.社區(qū)平臺與企業(yè)和公司都能從中快捷的獲取彼此需要的信息,可以使合作的滿意度大為提高,對社區(qū)平臺整合企業(yè)和公司資源,克服信息不對稱帶來的風險起到了很大的作用.

(2)資質(zhì)認證機制.對于社區(qū)平臺與數(shù)值模擬企業(yè)和計算軟件公司來說,雙方一定的資質(zhì)認證可以激發(fā)雙方更好地維護合作關(guān)系,積極完成開發(fā)工作.資質(zhì)認證是很重要的一點,社區(qū)平臺要篩選在行業(yè)領(lǐng)域有解決資質(zhì)和專門解決方案的企業(yè)和公司進駐到社區(qū)平臺當中,避免因資質(zhì)不全,技術(shù)不夠成熟對用戶造成損失,同時社區(qū)平臺也會引導用戶甄別符合自己需求的企業(yè)和公司進行協(xié)商.社區(qū)平臺為企業(yè)和公司提供穩(wěn)定的計算環(huán)境支持,確保其在處理業(yè)務(wù)的過程的安全性.為了讓企業(yè)和公司與用戶能夠更好地溝通,社區(qū)平臺也需要收集必要的用戶信息,確保用戶的身份得到認證.

(3)創(chuàng)新貢獻激勵.創(chuàng)新貢獻激勵是以經(jīng)濟手段來使企業(yè)產(chǎn)生動力.社區(qū)平臺通過優(yōu)惠政策和經(jīng)濟手段把社區(qū)平臺通過企業(yè)和公司解決客戶問題部分的盈利與公司企業(yè)的創(chuàng)新收益和貢獻掛鉤.公平合理的利益分配機制,有利于激發(fā)企業(yè)和公司解決問題的熱情以及有利于合作創(chuàng)新的開展.

2.2.2 合作運營利益分配

利益分配是合作創(chuàng)新的基礎(chǔ),但利益是一把雙刃劍.為了使合作利益得到公平、合理的分配,使得參與的中小企業(yè)能夠獲得預期的收益,需要提出指導利益分配的原則[4].

(1)公平競爭原則.參與的企業(yè)和公司是以平等的身份進駐社區(qū)平臺的,企業(yè)和公司之間存在的只有專業(yè)領(lǐng)域的不同,利益與企業(yè)和公司綜合實力和規(guī)模大小無關(guān),每個企業(yè)和公司追求利益的權(quán)力是平等的.

(2)風險論證原則.由于中小企業(yè)參與社區(qū)平臺內(nèi)的研究活動均是存在于用戶實際生產(chǎn)活動過程中的問題,如何聯(lián)系理論去解決并且落實到實際,這一過程中存在一定的風險,為了體現(xiàn)合作創(chuàng)新利益共享、風險共擔的原則.某參與的企業(yè)或公司承擔的風險越大,獲得的利潤也應(yīng)該越多,所以有必要建立一套用戶與企業(yè)和公司合作的風險系數(shù).利用風險系數(shù)評估需要參與的企業(yè)和公司的個數(shù)以及各參與成員單位的收益分配.

(3)互利共生原則.所謂互利共生就是在合作創(chuàng)新的過程中,保證每個企業(yè)或公司從創(chuàng)新成功后獲取相應(yīng)的利益不會低于其在市場上付出相對應(yīng)服務(wù)的利益.社區(qū)平臺為企業(yè)和公司提供有需求的用戶,企業(yè)和公司幫助社區(qū)平臺完善了功能并且提高了資源使用率.只有互利共生才能謀求長久、穩(wěn)定的共同發(fā)展.

(4)流程透明原則.信息溝通常常是引起矛盾的原因,為了減少因信息溝通造成的誤會和矛盾,一方面,社區(qū)平臺要與各企業(yè)和公司加強溝通,及時解決出現(xiàn)的利益糾紛.另一方面,要公布利益分配的計算方案和計算方法等信息,做到透明公開.

(5)充分協(xié)商原則.一個創(chuàng)新利益分配方案的制定過程是一個由眾多參與企業(yè)和公司群體決策的過程.社區(qū)平臺在制定方案時應(yīng)前往企業(yè)和公司研發(fā)部門實地調(diào)研,了解企業(yè)和公司盈利點,收集企業(yè)和公司提出的利益分配意見.社區(qū)平臺負責起草初始方案并對提出的意見進行采納和修改,使最后的利益分配方案能夠被參與的企業(yè)和公司接受.面對因規(guī)定不明確產(chǎn)生的利益糾紛,應(yīng)該本著實事求是、充分協(xié)商的原則解決,以謀求共同發(fā)展.

2.2.3 社區(qū)平臺中服務(wù)機制運行

面對中小企業(yè)用戶在社區(qū)中的行為模式,我們通過收集用戶的行為日志并進行分析,結(jié)合服務(wù)機制落實到中小企業(yè)計算社區(qū)中.對于用戶行為處理步驟如圖4所示.

圖4 用戶行為分析流程

用戶行為分析主要分為3 個模塊,用戶行為收集模塊、用戶日志分析模塊和結(jié)果反饋模塊[5].

日志收集模塊主要收集用戶計算任務(wù)涉及的領(lǐng)域、任務(wù)計算量、用戶的專業(yè)程度以及使用頻率等行為信息.并將用戶在計算社區(qū)中生成的行為日志傳輸?shù)椒?wù)器上,對日志信息進行整理,去除系統(tǒng)生成的部分系統(tǒng)日志,并對其中規(guī)范化的使用規(guī)則進行抽取和清洗,最后進行存儲.

用戶日志分析模塊主要是對收集到用戶行為按照不同的需求進行分析處理,并生成分析結(jié)果.例如在計費方面,在用戶提交的計算任務(wù)結(jié)束后,計算社區(qū)通過HTTP 請求對用戶提交任務(wù)所使用的運算資源和軟件信息進行統(tǒng)計,后端程序調(diào)用端服務(wù)API 查詢獲取到用戶任務(wù)相關(guān)信息后按照計費公式的結(jié)果扣除用戶積分,最后將計算之后的結(jié)果反饋給計算社區(qū).

結(jié)果反饋模塊針對用戶日志分析模塊給出的分析結(jié)果進行相應(yīng)的結(jié)果展示,主要呈現(xiàn)形式有結(jié)合計費機制對賬戶進行管理,利用用戶行為等信息推薦合適專家、計算公司和智能化模板等,方便用戶更便捷、更直觀的獲取結(jié)果信息.

3 收費機制

在傳統(tǒng)模式中,企業(yè)通過購買計算機硬件設(shè)備部署屬于自己的信息系統(tǒng).然后構(gòu)建部署需要成立專門的技術(shù)部門并且投入大量資金,后期維護成本高.中小企業(yè)由于自身規(guī)模和資金水平相對有限,計算需求帶來的巨額成本成為了限制中小企業(yè)信息化的一道重要門坎.隨著云計算的出現(xiàn),給中小企業(yè)發(fā)展帶來了新的契機,企業(yè)無需投入大量資金,通過租賃的方式可以獲得專業(yè)的云服務(wù),同時云計算將資源進行整合,能夠?qū)Σ煌瑘鼍啊⒉煌瑢I(yè)領(lǐng)域、不同專業(yè)背景的企業(yè)進行多樣化、專業(yè)化的便捷服務(wù).其中合理的計費方式對計算平臺的運行和加快技術(shù)在企業(yè)中的投入使用中起到了至關(guān)作用.

在實際操作過程中,不同的平臺在制定計費方式上會有不同的傾向,平臺計費也面臨著計費因子眾多工作復雜的問題.傳統(tǒng)的計費模式主要以時間、流量、服務(wù)質(zhì)量和內(nèi)容為參考標準進行區(qū)分.現(xiàn)在的云計算服務(wù)計費模式主要以Amazon 的EC2[6]、Microsoft Windows Azure[7]、阿里云[8]和騰訊云[9]為代表.

Amazon 的EC2 提供的是云計算環(huán)境下的IaaS 服務(wù)平臺,EC2 服務(wù)的報價分為4 個方面:計算實例、數(shù)據(jù)傳輸、存儲和其他增值服務(wù).計算實例就是用戶生成的機器映像,能為用戶提供不同計算資源的運行環(huán)境,包括CPU、GPU、內(nèi)存、硬盤、帶寬和網(wǎng)絡(luò)流量等,可從實例、數(shù)據(jù)傳輸量、EBS (Elastic Block Storage)使用量、彈性IP、云監(jiān)控和彈性負載均等方面進行計費[10].

微軟Azure 平臺自從2010年起投入商用以來,提出了.NET、SQL 和Dynamics CRM 等多種服務(wù),幫助用戶建立云計算應(yīng)用并將現(xiàn)有的業(yè)務(wù)擴展到云端.Azure的計費模型主要分為計算費用、存儲費用、請求事物費用、連接費用和帶寬費用[10].

通過總結(jié)以上云計算商用平臺的分析研究,結(jié)合中小機器計算平臺實際情況,可以總結(jié)出影響計費機制的主要因素,分別有:CPU、GPU、內(nèi)存、存儲和實例等.同時中小企業(yè)中包含有許多自研軟件和商用軟件,軟件使用費也是主要因素之一.

CPU:作為計算平臺的核心資源之一,主要是以單核和多核組合并行的形式為用戶提供服務(wù).用戶在啟動計算軟件實例調(diào)用計算服務(wù)時,可以設(shè)置軟件運行所使用的核數(shù).

GPU:是平臺硬件資源的又一核心資源.新一代統(tǒng)一渲染GPU 提供了強大的功能與性能,為大規(guī)模數(shù)據(jù)可視化帶來了新的機會,并且GPU 的獨特性在于同時擁有并行計算與交互式圖形處理這兩重屬性,為平臺中工作流數(shù)據(jù)可視化,應(yīng)用軟件遠程可視化建模提供了十分良好的硬件基礎(chǔ).

內(nèi)存:是平臺中對用戶相對透明但使用極為頻繁的資源[11].平臺采用動態(tài)分配的模式,當用戶初始化軟件實例時,用戶無需設(shè)置運行所需內(nèi)存,系統(tǒng)采用動態(tài)分配內(nèi)存的方法自動為軟件分配運行時需要的內(nèi)存,避免了用戶設(shè)置不當造成的資源不足或資源浪費.

存儲:是平臺中存放數(shù)據(jù)的重要介質(zhì).具有獨占性和長久性,能為用戶提供大容量隔離的數(shù)據(jù)空間,同時平臺存儲具有定時備份的功能,在保障數(shù)據(jù)的長久性的同時,也具備了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性.再加之存儲的低成本且靈活性,可以為用戶提供靈活的定制化存儲服務(wù).

軟件使用:在平臺中軟件中包含有許多商業(yè)軟件如ADF、GAMESS 和Matlab 等需要購買商業(yè)軟件使用權(quán),與此同時,平臺中的自研軟件是用戶或者團隊進行開發(fā)和部署的,需要支付一定的使用費,為平臺良性運轉(zhuǎn)提供好的環(huán)境.

以上對計費機制中的商用計費策略,平臺計費影響因子進行了探討.針對平臺基于的使用群體,本文提出了一種結(jié)合用戶等待時間的動態(tài)定價策略[12,13].

令N={N1,N2,···,Nm}代表一種計費影響因子的使用單價,TR是服務(wù)的使用時間或者使用數(shù)量,在中小企業(yè)方面計費影響因子包含硬件部分和軟件部分,硬件部分為使用的CPU、GPU、存儲量、內(nèi)存等,軟件部分為商業(yè)軟件的使用費、自研軟件的使用費等.W表示每一項計費影響因子的權(quán)重,所有權(quán)重之和為1,權(quán)重的分布由計算社區(qū)進行調(diào)整.P是用戶使用服務(wù)所產(chǎn)生的費用,r代表等待時間可以給予優(yōu)惠的比例,TW代表等待時間可以給予優(yōu)惠的比例,計費公式如下:

服務(wù)質(zhì)量是中小企業(yè)用戶很重要的一個選擇原因,并且服務(wù)器的容量和反應(yīng)時間也是有限的.如果用戶提供的計算請求不能及時被處理,可以通過降低價格的方式保吸引用戶繼續(xù)使用.當用戶等待時間在超過最大處理反應(yīng)時間后,收費會逐步遞減,起到動態(tài)調(diào)整的作用.

用戶支付的費用先由平臺收取,然后統(tǒng)計各大超算的服務(wù)接口調(diào)用次數(shù)和服務(wù)接口調(diào)用時間,按照與各大超算協(xié)商的單價將這一部分的資源使用費付給各大超算.

4 結(jié)束語

中小企業(yè)是我國企業(yè)中一個重要的組成部分,但因為中小企業(yè)在運行過程中會面臨計算資源短缺以及缺少解決方案等一系列問題難以解決,對此我們基于各大超算中心的高性能資源,建設(shè)中小企業(yè)數(shù)值模擬與應(yīng)用社區(qū).從整體框架設(shè)計、運營機制和計費機制闡述了社區(qū)平臺為有實際需求的中小企業(yè)用戶提供社區(qū)架構(gòu)、服務(wù)運作和管理方式.但面對不同領(lǐng)域、不同規(guī)模的中小企業(yè)還需要進一步細化和完善運營機制,從多個角度激發(fā)中小企業(yè)參與的積極性,采用數(shù)據(jù)分析建模的方法制定符合社區(qū)平臺的利潤分配標準,并對參與服務(wù)的中小企業(yè)建立一套客觀的評判標準.