高性能计算集群技术：通信与体系结构解析

"本文主要介绍了集群体系结构中的通信组件，特别是高性能计算集群技术。集群技术是一种将多台计算机连接在一起，以提供更高性能和可用性的技术。它涉及到多个方面的技术，包括不同类型的节点、处理器、操作系统以及高速网络。" 集群技术基础 集群技术源于20世纪60年代IBM的创新，其核心思想是通过高速网络将高性能的工作站或个人计算机联结成一个整体，以单一界面提供整合的计算资源。集群系统分为专用和非专用两种类型，前者专为特定任务设计，后者则可以灵活分配资源给多个用户。 集群计算系统体系结构 集群系统中的节点可以是各种高性能组件，如PC机、工作站、对称多处理机（SMP）等，它们可能拥有不同的体系结构和操作系统，例如Linux（如Beowulf集群）、Microsoft NT、Sun Solaris、IBM AIX等。操作系统的选择范围广泛，包括专门的集群操作系统，以及用于不同系统间的粘合层，如Berkeley的Glunix。 处理器多样性 集群支持各种处理器架构，包括CISC、RISC、VLIW和向量处理器，例如Intel的Pentium系列、Sun的SPARC和ULTRASPARC、IBM的RS6000/PowerPC、SGI MIPS等。这种多样性使得集群能够适应各种计算需求。 通信组件与高速网络 集群内部的通信至关重要，传统的操作系统支持如套接字（TCP/IP）和管道等通信方式，但往往因为协议处理而显得较为“重量级”。为了提高效率，出现了轻量级协议，如Berkeley的Active Messages、Illinois的Fast Messages、Cornell的U-net以及Virginia的XTP。这些协议允许更快的数据传输，构建在底层网络协议之上，如以太网（10Mbps到1Gbps）、SCI和Myrinet，提供了低延迟和高带宽的通信能力。 Linux集群实例：Cluster1350 作为实例，Cluster1350是基于Linux的集群，它展示了如何构建和管理集群系统。其体系结构可能包括定制的集群服务管理器（CSM），用于监控和管理集群的运行状态，确保系统的稳定性和性能。 总结 集群技术通过组合多台计算机的计算资源，提供了一个可扩展且高度可用的计算平台。它允许在不同硬件和软件平台上实现资源共享，通过高速网络和高效通信协议，实现高性能计算任务，广泛应用于科研、工程和数据中心等领域。