機群系統1．機群系統一般結構機群（cluster）系統是互相連線的多個獨立計算機的集合，這些計算機可以是單機或多處理器系統（PC、工作站或SMP），每個結點都有自己的存儲器、I/O設備和作業系統。機群對用戶和套用來說是一個單一的系統，它可以提供低價高效的高性能環境和快速可靠的服務。
機群系統包括下列組件高性能的計算結點機（PC、工作站或SMP）。具有較強網路功能的微核心作業系統。高效的網路/交換機（如千兆位乙太網和Myrinet）。網卡（NICS）。快速傳輸協定和服務。中間件層，其中包括某些支持硬體，如數字存儲通道、硬體分布共享存儲器及SMP技術；套用，如系統管理工具和電子表格；運行系統，如軟體分布共享存儲器和並行檔案系統；資源管理和調度軟體等。並行程式設計環境與工具，如編譯器、語言環境、並行虛擬機（PVM）和訊息傳遞接口（MPI）等。套用，包括串列和並行應用程式。
2．組建機群系統的需求和功能
機群組建時應考慮下面的需求和功能：
較高頻寬的網路，以支持通信需求；
低延遲的通信機制；
支持高頻寬的多點傳送通信方式；
自動恢復網路和結點錯誤的能力；
標準的低級原語，支持通信、同步和時序；
異構的遠程過程調用，以隱藏體系結構、協定和系統的不同性；
實時性能監視器；
可靠的批處理工作調度程式；
分布應用程式開發工具；
持傳統的高級語言進行異構計算；
能夠開發工作站機群的應用程式；
新的系統管理工具；
發展標準化，以保護軟體投資。
3．機群系統與其他系統的比較
一個典型機群系統和其他類型系統的對比可參看下表。
基本類型
機群系統可以按照套用或結構進行分類。
1．按套用目標
可分為面向科學計算型或面向關鍵任務套用型：
高性能機群（highperformancecluster）；
高可用性機群（highavailabilitycluster）。
2．按組成機群的處理機類型
PC機群；
工作站機群；
SMP（對稱多處理器）機群。
3．按處理機作業系統
Linux機群，如Beowulf；
Solaris機群，如BerkeleyNOW；
NT機群，如HPVM；
AIX機群，如IBMSP2；
數字VMS（虛擬存儲機）機群；
HP-UX機群；
微軟Wolfpack機群。
4．按處理機的配置
同構型機群：所有結點擁有近似的構造和相同的作業系統；
非同構型機群：所有結點擁有不同的構造和不同的作業系統。
5．按處理機的位置和數量
組機群，結點數量為2～99，通過SANs（系統級網路），如Myrinet，機群實際上裝入一個機箱中或存在一個範圍之內；
部門機群，結點數量為幾十或幾百；
企業機群，結點數量為幾百。
6．按構築機群的方式
專用機群；
非專用機群。
極高的性能價格比使專用機群深受歡迎。
專用機群
專用機群一般由一組同構的處理機組成（有時也有異構情況），通常安裝在一個機房內，或者將主機板等安裝在一個機櫃的各機箱中（商業機群常用這種方式），或像圖中那樣簡單地把PC機堆砌在機架上（PilesofPC）。在這種機群中，每個處理機都是專用的、無屬主的，由系統管理員統一管理，用戶可通過前端機進行訪問，用戶無需知道機群的詳情，就像使用MPP機一樣，易於配置和管理，不受外界干擾，通信可靠且延遲小，適合於面向加速比的並行任務和面向吞吐量批處理作業。專用機群具有相對結構和管理簡單、易於擴展等特點，用途極廣。
專用機群的互聯結構通常有以下兩種方式：
?I/O方式包括普通用LAN、FDDI、ATM等網路連線和共享磁碟連線兩種方式。
?共享存儲器方式包括全局共享存儲器方式和分散式共享存儲器方式。分散式存儲器指沒有一個集中的存儲器，由各處理機內一部分存儲器通過軟體機制形成。
1994年夏，美國的研究人員建成了第一個Beowulf機群，它由16個DX4處理機組成。1997年，又推出了16個基於PⅡ的機群，只需花費5萬美元卻具有每秒10億次的浮點運算能力，而購買具有相同能力並行機的投資數卻是它的10倍。Berkeley的NOW系統也是較早的工作站機群，由上百個SunUltra工作站組成，集成到19英寸機箱中，可使用Myrinet、ATM和終端集中器等多種互聯手段，每個結點自帶512K快取、128M記憶體及2個2.3G硬碟。此外，各大公司推出的商業專用機群還有很多，如DEC的VMS機群和TruCluster、惠普的Apollo9000機群、IBM的Sysplex、Sun的SolarisMC等。
在國內，曙光公司最新推出了基於NT的天潮系列機群產品，是採用分散式存儲的可擴展機群體系。其結點處理器為IntelPⅡ和PⅢ，通過千兆位乙太網互聯，擴展性好，結點可根據不同的套用，動態地分為多個結點池，如可用兩個結點作為伺服器、四個結點運行資料庫、其他結點用於計算等，結點數量可靈活配置。套用範圍包括：
科學計算支持PVM和MPI，使用最佳化的BLAS庫；事務處理線上事務處理（OLTP），如電子商務、證券交易和線上分析處理（OLAP）；並行資料庫支持Oracle、DB2等分散式資料庫套用；網路伺服器運行各種Internet服務。
非專用機群
非專用機群是由分散互聯的處理機或在網上尋找到的空閒處理機組成的機群，這些處理機可能分屬於不同的個人、組織或單位。據資料統計，一般計算機系統平均使用率僅為30%左右，有的空閒率竟達91%，而許多桌面網路工作站和微機的CPU利用率都小於10％，因此，人們自然想到要利用這些閒散的CPU處理能力，這被稱為CPU周期竊取。
所謂竊取CPU周期就是要竊取上述前四類處理機的CPU周期給最後一類工作用。顯然，被竊取CPU周期的處理機包括空閒的處理機和CPU負載較輕的處理機兩類。
非專用機群地理上分布於不同的所有者，由異構系統組成，大部分通過乙太網連線，適用於企業級區域網路範圍，技術難度要高於專用機群。工作站的主人與需占用工作站資源運行程式的遠程用戶之間存在著矛盾，前者希望與工作站快速互動，而後者只關心能否利用所有的共享CPU來快速運行程式。機器的所有者必須具有參加機群的動機，這意味著他們相信貢獻他們的資源是有意義的。但是，這些所有者不希望在他們工作時或他們的系統過於飽和時，受到其他干擾，一個解決的策略是允許所有者退出機群。目前，國際上正在形成一種計算資源的買賣市場，以刺激資源擁有者加入網上機群。此外，由於當前網路通信速度和質量的瓶頸所限及由通信競爭造成的網路不確定性的存在，對非專用機群技術提出了更高的要求，如對進程遷移、負載平衡等技術的需求。但此類系統最為貼近普通用戶，可以充分利用網上無窮無盡的資源，而組建投資幾乎可忽略不計。可以預見，隨著網路瓶頸問題的緩解，非專用機群必然是極有發展前途的一種計算形式。
