【摘要】： 高性能計算是信息技術(shù)的一個重要分支,被公認(rèn)是繼理論和實驗科學(xué)之后,人類認(rèn)識未知世界的第三大方法,高性能計算水平也已成為衡量一個國家核心競爭力的關(guān)鍵指標(biāo)。超級計算中心作為提供高性能計算能力的一個主要場所,已從封閉走向開放,超級計算中心的網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可靠性、可用性、安全性也變得非常重要。 本論文對超級計算中心的網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進行了設(shè)計和實現(xiàn)。從Internet出口鏈路、超級計算中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)及超級計算機三個層面,對數(shù)據(jù)傳輸進行了研究,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定問題的主要原因在負(fù)載不均衡。特別是國產(chǎn)超級計算機,由于技術(shù)水平的原因,雖然有多個接入結(jié)點和多個存儲結(jié)點,但由于這些資源是共享的并且它們的調(diào)度是靜態(tài)的,當(dāng)有多個用戶同時集中使用或單個用戶大量使用其中某些資源時會引起嚴(yán)重的負(fù)載不均衡從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟环�(wěn)定。 為此,論文重點設(shè)計了超級計算中心的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。采用七層交換機方便地解決了Internet出口鏈路的負(fù)載均衡問題,采用冗余的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解決了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡,在可靠性、可用性和安全性方面也做了大量的工作。 論文的另一部分重要工作是在LVS集群軟件的基礎(chǔ)上提出了一種新的具有良好適應(yīng)性的負(fù)載動態(tài)反饋調(diào)度算法。目前,LVS軟件中共有八種調(diào)度算法,它們均屬于靜態(tài)調(diào)度算法。由于靜態(tài)調(diào)度算法在很大程度上依賴于調(diào)度任務(wù)和服務(wù)器的靜態(tài)屬性,而我們知道,任務(wù)具有波動性,且外界環(huán)境也在不斷地變化,因此通常靜態(tài)調(diào)度算法無法很好地實現(xiàn)負(fù)載的均衡。為了將任務(wù)更均衡地分配給各后端服務(wù)器,論文提出了動態(tài)反饋調(diào)度算法。動態(tài)反饋調(diào)度算法通過監(jiān)視和評估各個服務(wù)器的當(dāng)前負(fù)載,然后由此選擇負(fù)載最輕的服務(wù)器去處理新的任務(wù)。 最后,利用搭建的實驗環(huán)境,對動態(tài)反饋調(diào)度算法進行評測。為模擬負(fù)載不均衡的情況,論文對其中一臺服務(wù)器加上額外的負(fù)載。測試結(jié)果表明,相比其它調(diào)度算法,動態(tài)反饋調(diào)度算法能夠更好地完成負(fù)載均衡的任務(wù)。特別地,采用動態(tài)反饋調(diào)度算法,使系統(tǒng)具有可伸縮的功能。由于集群系統(tǒng)中的負(fù)載均衡器定期收集后端服務(wù)器的相關(guān)信息,因此某臺服務(wù)器出現(xiàn)故障后,負(fù)載均衡器能識別并不再給它分派任務(wù),從而使整個系統(tǒng)對外表現(xiàn)來說,服務(wù)不會終止,而僅是服務(wù)能力略有下降。
【圖文】：

該系統(tǒng)歷時一年半于 2004 年６月研制成功，并通過技術(shù)鑒定，且于 年 6 月進入了 TOP500 的前 10 名，成為全球排名第十的超級計算機系統(tǒng)，，也前中國峰值速度最快的商用超級計算機系統(tǒng)。2004 年８月，該系統(tǒng)在上海計算中心完成安裝，經(jīng)過近 2 個月的調(diào)試和試運行，于 2004 年 11 月 15 日宣布開通運行。曙光 4000A 超級計算機系統(tǒng)峰值浮點計算能力為每秒 10 萬億次，其 Lin性能達每秒 7 萬億次。全機系統(tǒng)由 4 個接入結(jié)點、512 個計算結(jié)點，16 個存點以及百兆管理網(wǎng)絡(luò)、千兆存儲網(wǎng)絡(luò)、Myrinet 計算網(wǎng)絡(luò)、KVM 維護網(wǎng)絡(luò)共成。全機總計有 2128 個 64 位 AMD Opteron 2.4G 的 CPU，共計 4.3TB 內(nèi)存，光纖存儲系統(tǒng)（SAN）以及 20TB 的 SCSI 存儲系統(tǒng)。曙光 4000A 從體系結(jié)構(gòu)上來說屬于集群結(jié)構(gòu)，其硬件系統(tǒng)包括結(jié)點機系網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、存儲子系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、通風(fēng)和供電系統(tǒng)七個部分。重點介紹與本論文相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及存儲系統(tǒng)。1 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)曙光 4000A 中由四套性能不同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，Myrinet 計算網(wǎng)絡(luò)專用算、千兆存儲網(wǎng)絡(luò)專用于數(shù)據(jù)的存儲和共享、百兆管理網(wǎng)絡(luò)專用于管理、監(jiān)護網(wǎng)絡(luò)專用于系統(tǒng)的監(jiān)控與維護，見圖 1-6。

網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時可升格為計算網(wǎng)絡(luò)。百兆管理網(wǎng)絡(luò)采用二級級連結(jié)構(gòu)，連接所有計算結(jié)點、存儲結(jié)點和接入結(jié)點，并且可以連接到超算中心內(nèi)部局域網(wǎng)上。監(jiān)控維護網(wǎng)絡(luò)采用星形網(wǎng)絡(luò)和菊花鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以稱為兩級的樹狀結(jié)構(gòu)，它綜合了星形結(jié)構(gòu)和菊花鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點，同時又最小化地降低了菊花鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)所能發(fā)生的故障。2 存儲系統(tǒng)曙光 4000A 存儲系統(tǒng)主要由千兆高速以太網(wǎng)、NFS 文件系統(tǒng)、存儲結(jié)點、磁盤陣列構(gòu)成。其中千兆高速以太網(wǎng)提供計算結(jié)點與存儲設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通道。NFS文件系統(tǒng)提供所有結(jié)點通過存儲結(jié)點來讀寫 SCSI 和 SAN 磁盤陣列。16 個存儲結(jié)點連接 SCSI 與 SAN 磁盤陣列，提供存儲服務(wù)。連接方式見圖 1-7。SCSI 磁盤陣列總?cè)萘繛?19.2TB，SAN 磁盤陣列總?cè)萘繛?75TB。SCSI 磁盤陣列由 16 個容量為 1.2TB 的 SCSI 磁盤陣組成，每個 SCSI 盤陣直連一個存儲結(jié)點，所有用戶目錄存放在 16 個 SCSI 磁盤陣列上，通過 Quota 限制每個用戶的目錄空間。SAN 磁盤陣列由 3 個容量為 25TB 的盤陣組成，通過 HBA 卡直連光纖交換機，并通過光纖交換機連至存儲結(jié)點。SAN 共劃分為大小不等、數(shù)量不同的多個邏輯卷(LUN)。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP38;TP393.02

【參考文獻】

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本文編號：2689739