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【摘要】網(wǎng)絡技術的發(fā)展以及平行編制環(huán)境的出現(xiàn)，有效的提升了集體計算機的并行性以及實用性，集群計算機體系已經(jīng)成為了并行體系當中的主體，本文首先簡要介紹了計算機集群技術的定義，之后詳細地闡述了集群計算機技術的結(jié)構(gòu)及特點，并且進一步介紹了集群計算機系統(tǒng)的關鍵技術及其應用，希望能夠為今后集群計算機技術的發(fā)展與運用提供切實有效的參考依據(jù)。

【關鍵詞】計算機；集群技術；應用

伴隨著計算機網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展以及深入，計算機的運行速度不斷提升且其處理的性能也在不斷的提升，企業(yè)也已經(jīng)開始運用以太網(wǎng)的形式，將相對較為廉價的服務器與工作臺連接到一起，構(gòu)成一個完整的計算機集群。這樣一來就可以用更少的資金換來更快的運行速率。現(xiàn)如今，計算機集群的技術發(fā)展已然成為了行業(yè)當中重要的研究課題。

1計算機集群技術的定義

有關計算機集群的概念有很多層面上的界定，本文運用了最為先進、最為全面的一種定義來奠定研究的基礎。集群的定義是在現(xiàn)代高速網(wǎng)絡環(huán)境中的工作站或者是其他的中間架構(gòu)，根據(jù)對應的次序來重新組合，進而構(gòu)成的一種結(jié)構(gòu)體制，現(xiàn)有的計算機可以與其他的計算機進行直接的調(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)絡處理速率的一種網(wǎng)絡體系。將專業(yè)化的信息轉(zhuǎn)變成為我們能夠讀懂的語言，換句話來說，就是將設備終端與網(wǎng)絡相連接起來，從網(wǎng)絡的層面上來看能夠構(gòu)成一種互相關聯(lián)的組織，即便是設備終端不同也可以在同樣的頻道上一同進行，并集中對這些設備進行管理。在運行環(huán)節(jié)當中，終端設備相當于是在和一個群體在進行交流與溝通，集群為終端設備帶來其所需要的服務，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：①集群文件體系；②NS體系。這樣的兩種體系都有其各自的用處。集群文件體系能夠完成較多文件的編寫，還能夠?qū)崿F(xiàn)大文件的編寫；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，得到公眾的一致好評。

2集群計算機技術的結(jié)構(gòu)及特點

2.1系統(tǒng)開發(fā)周期短

因為集群體系絕大多數(shù)的網(wǎng)絡都選用了商務的工作站以及LAN網(wǎng)絡，這樣一來，主機以及節(jié)點的管理會更為簡便，并且有著更加可靠的特點。而系統(tǒng)研究的重心在于程序的編制以及并行性上的提升，既沒有必要重新制定計算結(jié)點，又沒有必要重新規(guī)劃體系以及編譯體系，這樣一來就為我們的研發(fā)工作節(jié)省出來大量的時間。

2.2用戶投資風險小

客戶在購買傳統(tǒng)的巨型裝置或者是MPP體系的時候，就不必要再考慮其工作效益的問題，在實際的工作環(huán)節(jié)當中，經(jīng)常出現(xiàn)因為其使用率不高而導致浪費資源的情況出現(xiàn)。但是集群體系不單單只是一種并行的體系，其中的每一個節(jié)點都是一個獨立的工作站，即便是體系整體的工作效益并不顯著，但是其仍可以當作是獨立的工作站來運用。

2.3系統(tǒng)價格低

因為生產(chǎn)的數(shù)量相對較少，之前的大型的機械或者是MPP的成本都非常的高，通常其價格都會達到幾千萬元。并且構(gòu)建集群的作業(yè)臺或者是高檔PC機都是大量生產(chǎn)的，由于其售價低廉。又是由幾臺或者是幾十臺工作基站構(gòu)建而成，能夠滿足對應設備的需求，而且價格非常的低廉。

2.4節(jié)約系統(tǒng)資源

因為集群體系的架構(gòu)相對較為靈活，把不同體制、不同機理的工作臺連接起來，這樣一來我們就可以借助現(xiàn)有的裝置來規(guī)劃設計。從其運用的效益層面上來考慮遠遠要比單級體系的效益高出很多。從另一個層面上來看，即便是用戶的設備更新到最新版本，原來的那些版本較低的計算機依舊可以在其中發(fā)揮其應有的作用。

2.5系統(tǒng)擴展性好

就其模式而言，集群體系絕大多數(shù)的網(wǎng)絡都是通用網(wǎng)絡，體系的擴展非常的簡便；就其性能而言，對于那些中、粗粒度的并行軟件有著非常高的收益。

2.6用戶編程方便

集群體系內(nèi)部，軟件的并行化只是在原有的C、C++或Fortran串行的編碼中，加入對應的通信語言。用戶所使用的軟件程序依舊是他們原本熟悉的軟件，沒有必要為了新體系而做出對應的變動，這樣一來就可以繼承原有的程序了。

3集群計算機系統(tǒng)的關鍵技術及其應用

集群計算機體系是一種高效并行的處理體系，借助網(wǎng)絡來作為連接，依照對應的拓撲原則，把多個PC或是工作站關聯(lián)在一起，并切合并行的軟件與操作界面，來實現(xiàn)對應的作用。該體系其實是由多個有著計算功能的計算機借助一定的形式構(gòu)成一個有著更強計算能力的群體。但是不同的集群體系其結(jié)合的簡易度也是不一樣的，所以，在規(guī)劃集群體系的時候，就要求考慮到以下幾種關鍵的技術工藝：

3.1可擴展性

集群體系要求可以加入新設備，并且能不斷強化自身計算能力，所以，就要求其自身有著擴容的功能，只有這樣才可以有效的減少其制作成本。通常情況下，可擴容的功能要求包含有資源的可拓展性、應用可拓展性與工藝的可拓展性這三個層面。就資源層面而言，大致就是指借助提升計算機的數(shù)量，增加磁盤、內(nèi)存條等存儲單元，或是借助增添軟件等形式，來獲取到更強的作用功能；就應用層面而言，最重要的就是就其計算能力以及軟件擴展進行研究，換一句話來說就是一個應用軟件的運行狀態(tài)會伴隨著體系的擴展性能的改變而改變；而技術層面的可擴展性大致就是指異構(gòu)可拓展能力、代可拓展能力以及空間拓展能力三個環(huán)節(jié)所構(gòu)成，大致就是說在技術發(fā)生變化的時候，該體系對與技術的適應情況。

3.2可用性技術

在集群計算機體系中，不僅要想到擴容的問題，更應當考慮到其自身的實用性質(zhì)，在其實用性之中，主要是包括有穩(wěn)定性以及可維護性這兩個層面。我們所說的可用性，也就是體系的正常作業(yè)時間?？删S護性質(zhì)就是說修復已經(jīng)損壞的體系要花費的時間。所以，為了提升體系的使用性能，就要求我們縮減體系的整體維修時間。但是可用性技術大致包括有下列幾個層面：①增多冗余裝置，而且終端與終端之間是相互獨立的，這樣一來就可以在出現(xiàn)故障時就可以用這些設備來頂替，以此來保障其可以正常作業(yè)。因此就要求設備之間應當做到互相隔離，只有這樣才能夠避免其中一個設備出現(xiàn)故障的時候而導致整個系統(tǒng)癱瘓的情況出現(xiàn)；②故障接管，針對那些商用的群體而言，故障接管是非常關鍵的，當其中一個構(gòu)建出現(xiàn)故障時，能夠借助技術工藝來提供持續(xù)的服務；③修復技術，是針對那些出現(xiàn)問題的單元，借助接管的形式，以此來實現(xiàn)沒有做完的任務，修復技術還可以依照其性質(zhì)分成向前以及向后兩種。

3.3并行程序設計環(huán)境

在并行軟件規(guī)劃的環(huán)節(jié)當中，主要是涵蓋有下列幾種：硬件平臺、操作體制、程序語言、調(diào)試以及性能分析軟件等。在整個集群體系內(nèi)部，每個結(jié)點之間的差異在于他們是否有使用同一個儲存器，假若使用的是不同的儲存器，那么信息之間的交流與溝通就需要有對應的傳遞體系，所以，該體系就成為了程序設計規(guī)劃環(huán)節(jié)當中的一個重要指標；但假如不是同一個存儲器的話，那么在開展并行設計的時候，就應當將其中的變量也一并共享。

3.4資源管理與負載均衡

集群計算機體系之中，怎樣合理的配置資源以及均衡系統(tǒng)當中的負載是最為關鍵的問題。在進行資源配置的過程中，應當將結(jié)點操作軟件以及程序插入到集群操作體系內(nèi)，這樣一來就可以有效的解決資源分配問題。但是均衡負載的問題，其實就是算法的調(diào)度問題，借助均衡不同的工作，讓更多的節(jié)點去解決這樣的一些問題，這樣一來可以提升其整體的利用率與處理任務的速度。譬如，集群計算機體系作用到互聯(lián)網(wǎng)服務器之中時，通過把幾個服務器結(jié)合在一起，構(gòu)建成為一個有著較高實用性的服務器體系，這樣一來就可以妥善的處理好系統(tǒng)均衡負載、系統(tǒng)擴充以及其容錯率等層面上的問題，這就是傳統(tǒng)的因特網(wǎng)服務器所不能預知相提并論的地方；而且，就客戶的使用體驗來說，客戶在使用上不會感覺到與就體系之間的差別，所以，集群體系對客戶而言是非常透明的；但針對那些邀請信息而言，集群體系就要求開展請求信息層面上的分配，并開展均衡載荷的計劃，這樣一來就可以將用戶的請求發(fā)送到最適合處理的服務器之中，并進行信息處理，以此來實現(xiàn)性能上的完善，提升整體集群體系的工作效益。

4結(jié)語

伴隨著科學技術的不斷深入與發(fā)展，集群計算機體系將會受到更多的資源層面上的支持，系統(tǒng)將這樣一些資源合理的利用起來，并開展有效的開發(fā)與運用，只有這樣才能夠研發(fā)出性能更強的計算機體系。但是怎樣才能夠?qū)⑦@樣的一些資源合理地利用起來，這就成為了我們發(fā)展過程當中所必須要解決的問題。不僅如此，怎樣減少集群體系的造價，發(fā)揮資源的作用，是今后發(fā)展所必須要重視的問題。計算機集群系統(tǒng)有著非常廣闊的上升空間以及市場前景，在很多的行業(yè)當中都會受到行業(yè)的重視，因此要求我們在今后應該進行更深層次的研究。

參考文獻

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

作者:劉娟 單位:山東省發(fā)展改革委信息中心