吳楠

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所 河北石家莊 050000

計(jì)算機(jī)智能設(shè)備在我國(guó)的應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，但是在這短短的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算機(jī)智能設(shè)備以及特有的各項(xiàng)軟件憑借獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用效果，在我國(guó)當(dāng)下的各行各業(yè)都占有極為重要的地位。其中高性能計(jì)算機(jī)管理軟件扮演著重要的角色。目前，高性能計(jì)算機(jī)本身就具有相當(dāng)強(qiáng)的處理能力，這也就意味著高性能計(jì)算機(jī)在同一時(shí)間所需要處理的困難也是相當(dāng)多的，因此，這也就使得相關(guān)管理軟件的研發(fā)變得尤為困難，因?yàn)楣芾碥浖枰诟咝阅苡?jì)算機(jī)的強(qiáng)大處理能力基礎(chǔ)下，還要適應(yīng)高性能計(jì)算機(jī)的接口設(shè)計(jì)以及不同方面的管理應(yīng)用[1]。因此，高性能計(jì)算機(jī)管理軟件的出現(xiàn)可以說(shuō)是劃時(shí)代的變革，在不同的方面上都有著相當(dāng)強(qiáng)的管理效果。

1 高性能計(jì)算機(jī)

高性能計(jì)算機(jī)其實(shí)是一種比較直觀的概念，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，高性能計(jì)算機(jī)其實(shí)就是指具有極強(qiáng)計(jì)算機(jī)能力的集群機(jī)器，因?yàn)楦咝阅苡?jì)算機(jī)一般指的不是某一個(gè)單位，而是多個(gè)處理器所組成的龐大計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和環(huán)境，比如說(shuō)多種類(lèi)型的HPC系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的范圍可以覆蓋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的多個(gè)倍數(shù)。并且，HPC系統(tǒng)由于基于集群的存在，使得該項(xiàng)系統(tǒng)可以使用高性能網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行互聯(lián)。也就是說(shuō)，高性能計(jì)算機(jī)環(huán)境中，各類(lèi)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)會(huì)使得主機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)性能和傳輸速率獲得極大的提升，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)備所無(wú)法達(dá)到的計(jì)算效果[2]。

同時(shí)，高性能計(jì)算機(jī)一般指的是高集合化的超級(jí)服務(wù)器，這種集合度很高的計(jì)算機(jī)設(shè)備本身就和傳統(tǒng)的低檔PC服務(wù)器有著本質(zhì)上的差異，不論是從性能還是計(jì)算能力方面，高性能計(jì)算機(jī)所表現(xiàn)出的作用都遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)服務(wù)器所能達(dá)到的效果。但是，由于不同計(jì)算機(jī)的組合效果也有著比較大的差異，因此高性能計(jì)算機(jī)也存在高中低的檔次分明，由于受到不同檔次成本的限制，目前中檔高性能計(jì)算機(jī)在不同市場(chǎng)中的發(fā)展和應(yīng)用范圍最大。高性能計(jì)算機(jī)從某種角度上來(lái)說(shuō)，是高技術(shù)和高經(jīng)濟(jì)回報(bào)的代名詞，通常，隨著高性能計(jì)算機(jī)在我國(guó)政府重要部門(mén)以及科研領(lǐng)域的應(yīng)用力度不斷增大，使得高性能計(jì)算機(jī)對(duì)于我國(guó)的重要性以及不言而喻。同時(shí)，即便是企業(yè)的發(fā)展也離不開(kāi)高性能計(jì)算機(jī)的存在，而且，我國(guó)近幾年企業(yè)的主要發(fā)展方向都是高科技創(chuàng)新方向[3]。

2 高性能計(jì)算機(jī)管理軟件

高性能計(jì)算機(jī)作為一種具備極高計(jì)算機(jī)能力的服務(wù)器，本身如果想要進(jìn)行正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和指令輸入，那么必定是離不開(kāi)一套完整的管理軟件和系統(tǒng)，因此，管理軟件就此誕生。但是，高性能計(jì)算機(jī)管理軟件由于本身機(jī)體的性能差異，和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備有著很大的區(qū)別。其中高性能計(jì)算機(jī)管理軟件會(huì)使用一種IPMI協(xié)議，這種協(xié)議會(huì)通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)本身的啟動(dòng)以及結(jié)合BMC卡來(lái)達(dá)到對(duì)計(jì)算機(jī)的高效管理作用，同時(shí)，還能結(jié)合因特網(wǎng)來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程距離的關(guān)機(jī)和操作。比如說(shuō)我們現(xiàn)在經(jīng)常會(huì)用到的遠(yuǎn)程控機(jī)就是其中功能的一種，只需要計(jì)算機(jī)用戶(hù)進(jìn)行授權(quán)，其他的計(jì)算機(jī)操作者就可以對(duì)該臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的安裝和檢測(cè)等操作，由此可見(jiàn)高性能計(jì)算機(jī)管理軟件的重要性[4]。

高性能計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)本身是依據(jù)java所形成的一種特殊管理類(lèi)型軟件，也就是說(shuō)，管理軟件從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)和其他計(jì)算機(jī)內(nèi)部的軟件類(lèi)型是一樣的，都具有極強(qiáng)的功能性，可以對(duì)計(jì)算機(jī)的各類(lèi)資源進(jìn)行不同程度上的調(diào)配和利用，只是彼此之間的功能作用有著比較大的差異。一般來(lái)說(shuō)，高性能計(jì)算機(jī)管理軟件主要包括三種類(lèi)型的技術(shù)，即網(wǎng)絡(luò)、本地啟動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)安裝等方面的技術(shù)，同時(shí)，依據(jù)三種技術(shù)的不同應(yīng)用效果，所表現(xiàn)出的功能差異也有著很大的差別。依據(jù)三種技術(shù)的存在，可以使得管理軟件幫助用戶(hù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)的開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)，而且各種高性能計(jì)算機(jī)管理方面的問(wèn)題也得到了很大程度上的解決[5]。

3 高性能計(jì)算機(jī)管理軟件基本原理分析

結(jié)合上文，我們充分的分析了高性能計(jì)算機(jī)的相關(guān)概念和知識(shí)，并且還在一定程度上對(duì)高性能計(jì)算機(jī)管理軟件進(jìn)行了詳細(xì)的探討，對(duì)此，為了更好的加強(qiáng)高性能計(jì)算機(jī)管理軟件的應(yīng)用效果，就需要針對(duì)管理軟件的基本原理進(jìn)行探討，從而達(dá)到對(duì)癥下藥的效果[6]。

一般來(lái)說(shuō)，高性能計(jì)算機(jī)管理軟件離不開(kāi)一項(xiàng)基本的計(jì)算機(jī)啟動(dòng)機(jī)制，而這種機(jī)制也被叫做預(yù)啟動(dòng)執(zhí)行環(huán)境，這種環(huán)境會(huì)提供一種使用網(wǎng)絡(luò)接口來(lái)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)的機(jī)制，結(jié)合這種機(jī)制，可以幫助計(jì)算機(jī)不依賴(lài)本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備或者是操作系統(tǒng)就可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)?；谶@項(xiàng)技術(shù)的存在，使得高性能計(jì)算機(jī)管理軟件的誕生得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，PXE作為因特網(wǎng)有線(xiàn)管理體系中極為重要的組成部分之一，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議、動(dòng)態(tài)主機(jī)設(shè)定協(xié)定、小型文件傳輸協(xié)議等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行結(jié)合使用，從而對(duì)客戶(hù)機(jī)的固件拓展預(yù)設(shè)來(lái)進(jìn)行不同程度上的管理[7]。

目前，PXE根據(jù)協(xié)議的不同應(yīng)用效果，可以相應(yīng)的分為客戶(hù)端和服務(wù)器兩種端口，同時(shí)PXE客戶(hù)端是在網(wǎng)卡內(nèi)部的只讀存儲(chǔ)器中，也就是說(shuō)，當(dāng)高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)和執(zhí)行時(shí)，往往需要BIOS將PXE的客戶(hù)端調(diào)到內(nèi)存中，才能進(jìn)行后續(xù)的執(zhí)行操作。而用戶(hù)可以根據(jù)用戶(hù)菜單來(lái)進(jìn)行不同方向的選擇，并且，PXE客戶(hù)端會(huì)基于網(wǎng)絡(luò)的前提下將遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)進(jìn)行下載并在本地上進(jìn)行安裝使用。從這種角度上來(lái)看，PXE客戶(hù)端本身的管理作用是比較強(qiáng)大的，可以結(jié)合不同的功能軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)本身的快速操控效果[8]。

同時(shí)，由于PXE啟動(dòng)機(jī)制的限制，需要憑借網(wǎng)絡(luò)傳輸來(lái)作為基礎(chǔ)條件，即在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)，就可以將DHCP服務(wù)器分配出一個(gè)具體的IP地址，由此來(lái)使得PXE客戶(hù)端分配IP地址的專(zhuān)門(mén)協(xié)議，來(lái)達(dá)到不同配置的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，計(jì)算機(jī)本身是由多個(gè)重要的硬件設(shè)備所組成的，每個(gè)硬件設(shè)備之間都會(huì)有著龐大的資源，如何良好的運(yùn)用硬件資源，就是管理軟件最主要起到的作用之一。PXE客戶(hù)機(jī)本身作為啟動(dòng)過(guò)程中的重要組成角色之一，客戶(hù)機(jī)不僅可以是服務(wù)器、而且還可以是桌面級(jí)電腦和筆記本電腦的代名詞，隨著我國(guó)整體科技技術(shù)的不斷進(jìn)步，PXE客戶(hù)機(jī)的固件也逐漸變?yōu)榭捎玫膯?dòng)服務(wù)器，在重定向服務(wù)中找到分析返回的包之后，固件會(huì)向合適的啟動(dòng)服務(wù)器詢(xún)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)自檢程序的路徑，同時(shí)還會(huì)通過(guò)TFTP協(xié)議來(lái)下載到電腦中的內(nèi)存中，并且，根據(jù)不同的計(jì)算機(jī)運(yùn)用情況，還會(huì)進(jìn)行校驗(yàn)的過(guò)程，當(dāng)全部的PXE客戶(hù)機(jī)只使用一個(gè)NPB時(shí)，那么PXE客戶(hù)機(jī)就會(huì)被指定為用BOOTP協(xié)議，而不需要DHCP代理，但是由于目前科技技術(shù)的限制，還仍然需要TFTP啟動(dòng)服務(wù)[9]。

高性能計(jì)算機(jī)管理軟件所運(yùn)用到的PXE協(xié)議有機(jī)結(jié)合了DHCP和TFTP兩種，兩者彼此相互獨(dú)立又形成獨(dú)特的聯(lián)系情況，其中DHCP主要是用于啟動(dòng)服務(wù)器的查找，而TFTP則是用于下載初始引導(dǎo)程序和附加文件的必備協(xié)議之一，并且，當(dāng)開(kāi)始PXE自檢會(huì)話(huà)時(shí)，PXE固件廣播會(huì)有一個(gè)明確的PXE選項(xiàng)，其中PXE選項(xiàng)有時(shí)會(huì)被DHCP服務(wù)所忽略，當(dāng)出現(xiàn)這種狀況時(shí)，計(jì)算機(jī)管理軟件會(huì)通過(guò)提供配置信息來(lái)快速的完成自我配置過(guò)程，以此來(lái)保證高性能計(jì)算機(jī)的正常啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)[10]。

4 高性能計(jì)算機(jī)管理軟件的具體實(shí)現(xiàn)

一般來(lái)說(shuō)，高性能計(jì)算機(jī)管理軟件如果想要實(shí)現(xiàn)具體的管理操控，那么必定是離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)、本地網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)以及網(wǎng)絡(luò)安裝等相關(guān)技術(shù)的存在，也就是說(shuō)，在Linux中，我們需要將這些調(diào)動(dòng)服務(wù)寫(xiě)成必備的腳本，以此來(lái)進(jìn)行不同程度和方面的命令執(zhí)行，除此之外，由于計(jì)算機(jī)本身作為機(jī)器是具備極強(qiáng)的邏輯性的，這一點(diǎn)是機(jī)器和人之間最明顯的差異，因此，不同調(diào)配的命令之間都有著極為嚴(yán)密的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格[11]。一定數(shù)量的命令會(huì)根據(jù)不同的功能變化來(lái)找到具體的系統(tǒng)或者是命令。

除此之外，還有一種具體的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言也具有很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)操控能力，那就是我們現(xiàn)在經(jīng)常看到和使用的Java，這種編輯環(huán)境可以很好的解決系統(tǒng)之間所存在的跨平臺(tái)問(wèn)題，但是由于Java本身語(yǔ)言的限制，在實(shí)際的操作過(guò)程中還會(huì)存在接口的問(wèn)題，此時(shí)就需要調(diào)用管理Shell腳本，以此來(lái)保證Java語(yǔ)言對(duì)于計(jì)算機(jī)不同資源的正常調(diào)配作用。并且，Java作為一種跨平臺(tái)語(yǔ)言，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中還能達(dá)到不同進(jìn)程調(diào)用的效果，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)不同軟件之間的搭配使用。

4.1 調(diào)用Linux Shell腳本

該過(guò)程一般涉及本地啟動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)安裝服務(wù)三項(xiàng)核心技術(shù)，基于Linux下能夠?qū)⒄{(diào)用的服務(wù)按照一定的方式寫(xiě)成Shell腳本執(zhí)行，以達(dá)到調(diào)用前臺(tái)命令的效果。由于從前臺(tái)調(diào)用功能數(shù)量固定，此時(shí)對(duì)每條調(diào)用命令格式而言，一般要對(duì)命令參數(shù)給予標(biāo)準(zhǔn)化處理，具體涵蓋了參數(shù)順序、個(gè)數(shù)等。

4.2 調(diào)用Java進(jìn)程

在編程過(guò)程中，選擇能夠跨平臺(tái)的Java語(yǔ)言來(lái)完成系統(tǒng)未來(lái)的跨平臺(tái)管理設(shè)想，此時(shí)就會(huì)涉及到調(diào)用Shell與Java腳本的接口問(wèn)題，并且在Java進(jìn)程管理中具備Shell腳本調(diào)用能力。實(shí)際上，Java提供了兩個(gè)類(lèi)Process和Runtime：①類(lèi)Process。其可以借助Runtime.exec方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)程的有效創(chuàng)建，由此可以返回一個(gè)因?yàn)閑xec方法執(zhí)行而得到的Process類(lèi)的子類(lèi)實(shí)例，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該執(zhí)行命令進(jìn)程的有效控制，并從中獲得該進(jìn)程的信息，例如進(jìn)程執(zhí)行輸入和輸出、執(zhí)行結(jié)果、等待進(jìn)程結(jié)束等；②類(lèi)Runtime。任何Java應(yīng)用程序均具備一個(gè)Runtime類(lèi)單獨(dú)的實(shí)例，其能夠與該應(yīng)用程序所具備的運(yùn)行環(huán)境產(chǎn)生一定的聯(lián)系，該過(guò)程中用Runtime類(lèi)的靜態(tài)方法getRuntime()可以獲取Runtime實(shí)例。

4.3 軟件結(jié)構(gòu)

4.3.1 軟件組成

（1）工具包。其一般負(fù)責(zé)提供必要的輔助功能，涉及到3個(gè)類(lèi)：Dboperation類(lèi)。用于對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行封裝；QueryProperty類(lèi)。用于對(duì)配制文件的訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行封裝；SocketClient類(lèi)。對(duì)到配置文件指明的服務(wù)器Socket進(jìn)行封裝，以實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器間信息的有效溝通。

（2）UI界面包。其主要負(fù)責(zé)呈現(xiàn)客戶(hù)端所有顯示界面，其涉及到10個(gè)類(lèi)，而最為核心的是主界面的重啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)的顯示界面（DialogElec）、軟件運(yùn)行時(shí)的主窗口（FrameMain）以及BMC卡更新配置顯示界面（FrameBmcUpdate）3個(gè)類(lèi)。

（3）服務(wù)器端的集機(jī)群管理包。其主要負(fù)責(zé)在服務(wù)器端來(lái)對(duì)自客戶(hù)機(jī)的請(qǐng)求進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，并結(jié)合客戶(hù)機(jī)的實(shí)際請(qǐng)求來(lái)給予處理，并作出回應(yīng)，其涉及到4個(gè)類(lèi)：MultiServer類(lèi)主要用于對(duì)配置文件指名的8216端口進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)；ServerThread類(lèi)的Run函數(shù)用于對(duì)客戶(hù)機(jī)的請(qǐng)求信息進(jìn)行接收，并對(duì)接收信息進(jìn)行分析，隨后做出相應(yīng)的動(dòng)作；ExecCmd類(lèi)主要是調(diào)用正在運(yùn)行的Java程序，并通過(guò)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)上的某腳本來(lái)發(fā)揮相關(guān)功能的作用；Controller類(lèi)主要負(fù)責(zé)完成管理工作。

（4）智能平臺(tái)管理接口（IPMI）。結(jié)合IPMI協(xié)議來(lái)完成對(duì)智能平臺(tái)遠(yuǎn)程管理，并根據(jù)IPMI 協(xié)議實(shí)現(xiàn)了對(duì)GlobalDefine、CSession、UDPSocket、RMCP等4個(gè)類(lèi)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)管理和電源管理。

（5）客戶(hù)端包。其主要功能是按照一定的方式將UI界面請(qǐng)求轉(zhuǎn)化成相對(duì)應(yīng)的參數(shù)命令，該包只有SocketClient一個(gè)類(lèi)，用于向服務(wù)器發(fā)送參數(shù)命令。

4.3.2 軟件結(jié)構(gòu)介紹

高性能計(jì)算機(jī)管理軟件選擇了通用的MVC模式，并且在服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)端分別借助一個(gè)控制器來(lái)將UI的請(qǐng)求按照一定的方式轉(zhuǎn)化為命令串，同時(shí)也可以將各種功能封裝成相關(guān)的方法。此外，在兩個(gè)控制器間，MultiServer、ServerThread和SocketClient分別在服務(wù)器端和客戶(hù)端來(lái)開(kāi)展命令串的接收或發(fā)送工作，如圖1所示。

圖1 軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高性能計(jì)算機(jī)作為我國(guó)當(dāng)下最為關(guān)鍵的機(jī)器設(shè)備，本身需要有完整的管理軟件作為基礎(chǔ)才能實(shí)現(xiàn)不同方向的應(yīng)用和操作，因此，為了更好的加強(qiáng)管理軟件的使用效果，就需要針對(duì)管理軟件的基本原理進(jìn)行著重分析，以此來(lái)達(dá)到高性能計(jì)算機(jī)的管理和調(diào)控效果。