关于计算机集群技术应用研究

张彪

摘要：随着我国社会经济和科学技术的不断发展，计算机技术的发展速度也在持续加快。在计算机技术中，集群技术是一项核心技术，它和计算机各项功能的实现直接相关。因此，通过对计算机集群技术的深入研究和分析，可以更加清楚地了解到它的操作原理，从而也就可以更加有效地进行程序操作。目前，计算机集群技术已经被广泛应用在很多大型企业处理数据的过程中。基于此，本文将主要分析计算机集群技术应用的相关内容，旨在给相关的工作人员提供一点启示。

关键词：计算机；集群技术；应用

中图分类号：TP338 文献标识码：A

引言

在我国信息技术与处理器性能持续发展和提高的过程中，人们开始将那些比较便宜的服务器和工作站通过以太网的形式进行有效连接，然后就能够形成计算机集群，从而也就可以用较低的代价来获得更高的性能。因此，对于计算机集群的研究已经成为目前计算机研究和开发中的一个非常重要的方向。

1 计算机集群技术的定义

目前，学术界对于计算机集群的定义有很多种，本文将使用一种最先进和全面的定义来奠定研究的基础。集群的定义是在现代高速网络环境中的工作站以及其他的中间架构，按照相应的次序对其进行再次组成，从而也就可以形成一种新的结构体制。现有的计算机能够和其他的计算机进行直接地调度与交流沟通，随着调度工作的不断开展，提升整体网络处理速率的一种网络体系。把一些专业化的信息转化成我们可以理解和阅读的语言，也就是说，把设备终端和网络进行有效连接，从网络的层面上看可以构成一种相互关联的组织，即使是设备终端不同也可以在同样的频道上一同进行，并集中对这些设备进行管理。在运行环节当中，终端设备相当于是在和一个群体进行交流与沟通，集群为终端设备带来其所需要的服务，而这样的一个环节也正是集群体现其作用的环节。计算机的集群体系可以按照其性质分成两种：第一种就是集群文件体系，第二种是NS体系。这两种体系各有用处。集群文件体系能够完成较多文件的编写，还可以对大文件进行编写。但是NS体系能够把文件与文件之间的分享变成现实，有着非常优异的储存性质，凭借着较高的性能以及较强的承载力，因此得到了广泛应用。

2 计算机集群技术的结构和特点

2.1 系统价格低

因为生产的批量相对较小，但是传统的巨型机和MPP的价格都相对较高，通常都需要花费几百万乃至上千万美金。但是构成集群的工作站与高档PC机通常是进行批量生产的，所以价格通常比较低。由多台工作站构成的计算机集群系统能够满足大部分应用的实际需求，而且售价通常都比较低。

2.2 系统开发周期短

因为集群系统大多使用了商务工作站和LAN网络，从而就使得主机和节点的管理更加简便，而且也更加可靠。但是，对于系统的研究主要是为了能够提高程序的编制效率和并行性，因此，也就无须对计算结点进行重新制定，也无须对规划体系和编译体系进行重新规划，从而也就可以节省更多的时间来开展研发工作。

2.3 节约系统资源

因为集群系统的结构通常都是非常灵活的，它能够把不同的体系结构、不同性能的工作站连接起来，从而也就可以确保现有的设备都得到最大化地利用。从使用效率方面来说，集群系统的资源利用率相对单机系统来说更高。据UCBerkeley计算机系100多台工作站的使用情况调查显示，对单机系统的使用率低于百分之十，但是集群系统中的资源利用率高达百分之八十作用。从另一方面来说，就算是对用户设备进行更新，原有的性能较差与型号比较落后的那些机器依旧可以在集群系统中起重要作用。

2.4 用户投资风险小

在客户购买传统的巨型装置以及MPP体系的时候，通常无须考虑工作效益的问题。在具体的工作过程中，总是会发生因使用率较低而造成资源浪费的问题。但是，集群体系不只是一种并行的体系，其中所有的工作节点都可以作为独立的工作站，虽然整体体系的工作效益不够明显，但是依旧能够把它作为独立的工作站投入使用。

2.5 用户编程方便

在集群体系内部，软件的并行性通常都是在原来的C、C++或Fortran串行的编码中，添加相应的通信语言。用戶使用的软件程序依然是他们所熟悉的软件，并不需要因为新体系的使用而进行相应的变动，从而也就能够直接将原有的程序拿来使用。

2.6 系统扩展性好

一般情况下，集群系统使用的都是通用网络，因此系统的扩展性更好。从性能方面来说，大部分中、粗粒度的并行应用的效率都相对较高。据相关的调查研究显示，八台工作站的加速比大约在5.83到7.9之间，其并行处理效率大约为72.88%至99%。

3 计算机集群技术的应用

3.1 数值天气预报

在数值预报中，通常使用离散方法来求解非线性方程，它的计算范围可以涵盖整个大气层，因此计算过程是相对比较繁杂的。但是，天气预报的实时性特点要求相关的数值和计算结果必须要在规定的时间内得出。因此，其是用于我国的高原地区复杂地形条件下的有限区域的YH数值天气预报模式和美国大气科学研究中心研制的MM5中尺度数值预报模式，在8个结点的SCAPE集群系统上加速比达到6。

3.2石油地震数据处理

当前，在油气勘探中，三维地震勘探是非常有效的一种方式，其在完成地质勘探任务方面起着至关重要的作用。相对于二维勘探来说，三维地震勘探可以提供更加准确的地下图像，它和地下的实际情况非常接近，从而也就能够更加高效地应对各类地质问题。但是，因为其中的数据量和计算量较大、所需花费的计算时间较长，所以使得一些先进的三维地震资料处理方式难以在大型计算机上实现。但并行处理可以给这些方法的实现提供可能。

3.3 CAD图像处理

在对CAD图像进行处理的时候，通过需要对很多数据进行分析和处理，而计算机计算技术可以给它提供有效的技术支持，从而也就能够进一步缩短对CAD图像进行处理所需花费的时间。

4 集群系统的发展及展望

随着对集群系统研究工作的开展，世界上许多大学和实验室都建立了实验集群系统，并进行了许多应用测试，结果表明大量的并行应用程序都能在集群系统上有很好的效率。

除了传统的大规模并行计算和工程设计外，集群系统在事务处理、并行数据库和服务器等领域也有较好的应用前景。这些领域的共同特点是数据量大，要求同时服务的用户多，对吞吐率和响应时间要求高，集群系统价格低、可靠性好、吞吐率高，而且系统资源丰富，比起其他解决方案集群系统具有更多的优点。目前有些商用数据库管理系统已经提供这种分布处理的支持，比如WindowsSQLServer和Informax。作为多数研究及应用机构都能承受得起的一种超级计算资源，集群系统必将对许多大挑战的计算问题及国民经济起到积极影响。

5 结束语

在我国科学技术不断发展的过程中，集群计算机技术必将受到更多层面的支持，系统能够把一些资源进行合理利用和开发，从而也就可以研制出性能更强大的计算机体系。但是，如何把相关的资源进行合理利用，是目前急需解决的主要问题。此外，如何降低集群体系的价格，最大化发挥资源的作用，也是未来发展过程中应该关注的重点。所以，相关的人员应该对其进行更加深入的研究。

参考文献

[1]熊盛武，王鲁，杨婕.构建高性能集群计算机系统的关键技术[J].微计算机信息，2016，（22）3：86-88.

[2]李洪亮.基于计算机集群技术及并行计算的分析.信息记录材料，2017.

[3]张伟.计算机集群技术应用研究[J].电子制作，2015，（05）：108-109.

（作者单位：中国石油吉林油田公司地球物理勘探研究院）