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一种基于LINUX的集群计算系统的设计与实现

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文摘

英文文摘

1引言

1.1背景

1.2课题来源及目的

1.3论文的主要工作

1.4论文结构

2集群体系概述

2.1集群产生的原因

2.2可扩展并行计算机系统

2.3集群计算机及其体系结构

2.4集群的分类

2.5国外典型的集群计算系统

2.5.1 Beowulf集群

2.5.2 COW集群

2.5.3 MOSIX集群

2.6集群中间件和单一系统映象(SSI)

2.6.1单一系统映象层

2.6.2单一系统映象的边界

2.6.3单一系统映象的优点

2.6.4中间件的设计目标

2.6.5 SSI的关键服务和可用性基础

2.7资源管理和调度(RMS)

2.8编程环境和工具

2.8.1消息传递系统(MPI和PVM)

2.8.2分布式共享存储(DSM)系统

2.8.3并行调试器

2.8.4性能分析工具

2.8.5集群管理工具

2.9集群应用程序

2.10集群技术的研究现状及发展趋势

3相关背景知识

3.1 Linux内核的背景知识

3.1.1进程调度

3.1.2内存管理

3.1.3文件系统

3.2 MPI的背景知识

3.2.1 MPI的定义:

3.2.2 MPI的目的

3.2.3 MPI的语言绑定

3.2.4目前主要的MPI实现

3.2.5 MPI调用

4集群系统的设计与实现

4.1总体设计

4.1.1设计原理

4.1.2系统模块

4.1.3自定义的数据结构

4.2硬件环境

4.2.1节点计算机

4.2.2网络与通信协议

4.3软件环境

4.3.1操作系统

4.3.2并行计算环境

4.4集群中间件

4.4.1作业提交模块

4.4.2资源管理模块

4.4.3作业调度模块

4.5系统健壮性设计

5集群应用及性能测试

5.1系统性能测试

5.2集群计算应用

5.2.1串行计算作业

5.2.2并行计算作业

6结束语及将来的工作

参考文献

作者研究生期间的科研成果简介

独创性声明

致谢

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摘要

随着经济和科技的发展,在天气预报,高能物理,生物医学和地球物理等领域的计算任务越来越多,其特点是计算数据多,算法复杂,计算规模大,难度高。现有的解决办法有两个,其一是不断发展运算速度快,存储量大的超级计算机,以使它们能提供应用所需的更强大的计算能力。虽然计算机工业的飞速发展可在一定程度上暂时解决问题,但是未来的发展将会受到技术和资金的限制。其二是利用现有的计算资源,把繁重的作业分散到每个单独的CPU上进行计算,这种系统就是能提供强大并行计算能力的集群系统。  本文利用实验室现有的硬件和软件资源,设计并实现一种基于Linux平台的集群计算系统,以满足实验室进行并行与分布式计算的研究工作,并对集群体系、系统资源收集和管理、负载均衡算法、作业调度算法等进行相应的深入探讨。主要做了以下工作:(1)分析了国内外集群技术的研究现状。(2)深入分析了Linux2.4内核源码,系统调用,函数调用和MPI并行计算环境。(3)实现了一种基于LinuX和MPI的集群计算系统。(4)集群系统不仅可以处理用户提交的串行计算任务,也可以处理用户提交的并行计算任务,并返回计算结果。(5)设计并实现了一个集群中间件,包含有作业提交模块、资源管理模块和作业调度模块,并实现了系统单一映象。(6)考虑了系统的健壮性设计。(7)设计并实现了一些集群应用,以检验系统的计算能力。

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