PC 机群的介绍和相关技术

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PC机群的介绍和相关技术

谷静雨

虽然PC机的应用越来越广泛，但是，在大规模科学计算中，它还远远不能满足现在的计算需求。而大型计算机价格又昂贵，开发困难，又有一些国家对中国限制出口高性能计算机，所以发展自己的并行计算机的任务越来越紧迫。

随着网络技术的发展，使用PC机群代替大型机来完成大规模计算的设想成为了现实。现在，PC机群的发展已经成为计算机界倍受瞩目的事情。与大型机或者工作站相比，PC 机群主要有下面这些主要优势：

?组装容易：搭建PC机群需要的技术相对于大型机来说，要容易的多。因为大型机或者工作站的构造比较复杂，而PC机的结构要简单的多，所以，更容易掌握。一

般的计算机技术人员稍加学习就可以搭建。我国的硬件市场又非常活跃，购买计

算机配件非常容易，搭建起快速的计算机非常简单。

?价格便宜：一般的工作站或者小型机，要是具有四个处理器的话，它的价格大约在20万元人民币以上，而这样的PC机群只需要5万元人民币就可以搭建起来。

对于目前我国科研经费不太充足的情况，PC机群就更加有意义。它可以为科研和

应用部门节约大量的资金。

?配置随意：如果要购买某些公司的工作站或者大型机，因为公司的出厂产品的配置规格所限，往往不能尽如人意，或者配置低，不能满足要求，或者配置高，造

成资源浪费，而自己组建的PC机群，却可以达到自己最理想的配置。

?维护方便：因为PC机是由一个一个的PC机组成的，所以，在出现了问题的时候，只要对其中的一个节点加以维修就可以了，这样作，不会影响其它计算机的性能。

工作站或者大型机上的硬件一般都是厂家定制的，在市场上不容易购买到，而PC

机的配件却非常多，所以，即使是某一个节点的硬件出现了问题，也能够及时的

更换。

?软件丰富：大型机或者工作站的操作系统都是需要付费的Unix操作系统。组建的PC机群却可以使用目前非常流行的免费软件Linux，它不需要任何费用，而且公

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开源代码，又具有毫不逊色于Unix的网络功能，所以，采用Linux作为操作系统，又方便，又节约。同时，因为Linux系统具有开放性，世界上很多的Linux爱好者都在为它编写软件，所以，应用程序也非常多。

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1. 并行中心16台PC机群配置情况介绍

为了营造自己的并行环境，中科院软件所并行中心（以下简称并行中心）组建了自己的PC机群，以完成科研和项目内的大规模科学计算。下面就并行中心PC机群(以下简称机群)的基本情况作一介绍。

机群由16台PC机、一部交换机组成，其中的一台计算机为主节点，其余为从节点。每台PC机上安装一个处理器，整个机群使用以太网连接，下面就各个PC机的配置和操作系统作一说明：

2 安装机群需要考虑的问题

一般的情况下，整个机群是作为一个整体面对用户的，因此，只有一台PC是对外部完全开放的，我们称其为主节点。由于主节点的特殊性，所以，主节点的配置情况也有所不同。

一般的，主节点尚需要安装显示卡、显示器、键盘、鼠标、软盘驱动器和光盘驱动器，而从节点不需要这些设备。显示卡和显示器用于监视系统和对系统进行基本的操作和维护的人机对话窗口，鼠标、键盘作为输入设备，软盘驱动器、光盘驱动器用来随时安装软件和进行系统维修。在访问从节点的时候，一般是通过网络进行的，所以，从节点不需要安装显示卡、显示器，甚至不需要键盘鼠标，以及软盘驱动器和光盘驱动器等设备。如果为

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了调试系统方便，可以在各个节点上安装软盘驱动器，成本很低，又方便维护。

各个从节点上的硬盘一般只是安装操作系统，负责引导计算机。所以，从节点上的硬盘容量还可以更小。目前，可以通过网卡进行网络启动，对于这样的从节点，甚至不需要硬盘。但是，主节点是需要硬盘的，除了启动系统之外，它还要负责通信、装载数据文件、提供swap等等。另外，主节点除了需要充当计算时的一个节点之外，还需要进行系统的一些其它处理，因此，一般的需要多加一些内存。例如，我们在主节点上放置了320M内存，而从节点上只有256M内存。

因为机群作计算通常需要较长的运行时间，所以，为机群配备一部UPS是非常必要的。配备UPS的时候，需要考虑功率的大小，以免超载。

3. 机群的操作系统

我们选用Linux作为机群的操作系统，因为Linux系统具有很多的优点：

?网络功能强大

?系统稳定

?安全性高

?兼容性好

?Linux是自由软件

Linux系统又有很多种版本。内核和模块是Linux中最本质的东西，也是系统运行的关键，我们选用2.2.12内核，它是最新的内核，模块选用的也是2.2.12版。

4. 机群的通信系统

机群使用TCP/IP作为标准的通信协议，这是国际上通用的网络通信协议。因为Linux 系统本身自带TCP/IP协议，所以用户不必考虑TCP/IP协议的安装情况。

为了能够实现并行计算，还需要安装并行计算需要的消息传递程序— MPI（Message Passing Interface）。使用这种程序可以使多个CPU完成同一计算目的。

5. 机群的网络设置

所谓的机群的网络设置，主要是在操作系统中，设置一些网络相关的参数。

首先，要考虑机群中，各个节点的IP地址的设置问题。因为IP地址的有限性，所以，给机群中每一个节点都设置绝对地址的话又可能导致IP地址不够用，为了解决这一问题，一般使用TCP/IP协议中保留给内部网络的IP地址号，即采用192.168.X.X格式，例如，可以设置成把主节点设置成普通的IP地址，例如159.226.38.180，而把其余的节点按照TCP/IP 的规则设置成192.168.0.1 ~ 192.168.0.15。

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其次，要解决的问题就是网卡的传输速率问题。这对PC机群的效率有至关重要的影响。因为PC机群的计算速度比较快，因此数据传输速率也比较快，所以，要求网卡只要要有100M的数据除数速率。在配置网卡的时候，需要指定网卡的传输速率。有些网卡具有自动设置传输速率的功能，它会根据数据的传输速率自动的10M和100M之间切换。

再有，要设置的就是NIS。如果每一个从节点上都安装有独立的操作系统，那么安装NIS将有利于系统维护和管理。Linux系统需要为每一个用户设置口令，以免非法入侵。但是，在PC机群中，因为每一个从节点上都需要一个password，所以，当用户要改变自己的口令的时候，就需要修改每一个从节点上操作系统中的口令，这样作，是非常麻烦的，使用NIS(Network Information Service)就非常方便，用户只要在主节点上修改口令，就可以达到全局修改的效果。NIS还能够提供其它的全局的服务。

5. 机群的维护

PC机群由于机器众多，因此容易发生事故。作为机群的系统管理员，要经常监测系统的运行情况，一旦发现异常，应立即进行关机，察看，查出事故之后，再运行系统。

下面列举几种常见故障：

?硬件损坏：由于硬件是从市场上采购的，所以，就会出现质量问题。容易发生事故的硬件设备有：

-硬盘，一旦硬盘出现故障，将导致某一个节点无法正常启动；

-电源，由于PC机使用独立的电源供电，因此，计算机内部的电源对于计算机来说尤为重要，曾经发现过有电源风扇损坏的情况，因为无法为电源及时散

热，将导致电源过热，严重时将烧坏电源；

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