第1页，共34页，星期日，2025年，2月5日高性能计算许多大型问题的计算量非常庞大，以往需要昂贵的大型/巨型机才能完成，而且计算费用昂贵，常称这种类型的计算为高性能计算。例如结晶学、蛋白质动力学、生物催化学、光子的相对论量子化学、虚拟设计、全球气象和离散事件模拟等。（highperformancecomputing，HPC）第2页，共34页，星期日，2025年，2月5日14.1高性能集群计算多处理器并行计算机性能的提高多处理器并行多机并行高性能工作站和高速网络高性能集群计算系统第3页，共34页，星期日，2025年，2月5日14.1.1集群计算系统及其体系结构简称为集群（cluster）或者集群系统，它是一种并行或分布式处理系统，它由很多通过网络连接在一起的独立计算机组成，整个系统像一个单独集成的计算机资源一样协同工作。集群计算系统特点：投资风险小、可扩展性好、可继承现有软硬件资源、开发周期短、可编程性好第4页，共34页，星期日，2025年，2月5日?快速传输协议和服务?集群中间件层?应用程序?多个高性能的计算机结点集群系统的组成?并行程序设计环境与工具?高性能网络/交换机（如千兆以太网）?具有较强网络功能的微内核操作系统?网络接口卡第5页，共34页，星期日，2025年，2月5日集群系统的组成多个高性能计算机(PC、工作站或SMP)优秀的操作系统(分层或基于微内核)高性能网络/开关网络接口卡(NIC)快速通信协议和服务高速局域网：EthernetFDDIATMMyrinetQuadricsSCI第6页，共34页，星期日，2025年，2月5日集群系统的组成实现单一系统映像(SSI)和可用性低层结构（如自动故障检测、故障恢复和容错支持）为用户提供使用集群计算系统的环境和接口第7页，共34页，星期日，2025年，2月5日14.1.2集群计算系统的分类1、科学计算集群2、负载均衡集群3、高可用性集群最早出现的集群类型，主要用于进行大规模的数值计算将负载均匀地分摊给集群中的各台计算机。（负载：应用程序或者网络流量负载）一种运行速度和响应速度快、可靠性高的高性能计算机系统4、并行数据库集群具有并行计算、负载均衡和高可用性等多种特性第8页，共34页，星期日，2025年，2月5日1、资源管理与负载平衡14.1.3集群计算系统中的关键技术2、进程迁移及其作用通过网络互连实现全系统范围内的资源共享，通过高效的资源管理和任务调度(RMS：)提高资源的利用率负载平衡技术的核心是任务调度算法动态负载平衡容错性和高可用性充分利用特殊资源并行文件I/O进程从当前位置移动到另一个节点，然后在目的节点根据进程状态再生该进程第9页，共34页，星期日，2025年，2月5日1、集群系统在科学计算领域中的应用14.1.4集群计算系统的应用2、集群在商业计算领域中的应用空间科学与天文学?天气与气象地球科学和石油工程?环境科学航空、航天、机械和制造工业生物学、生物医学和生物化学?军事应用主要应用的商业领域有银行、金融、证券、保险、电信等，目的是进行运营数据管理和商业决策支持等第10页，共34页，星期日，2025年，2月5日14.2网格计算背景：利用互联网或专用网所连接的各种资源，实现资源的高度共享和集成，为用户提供高性能的计算、管理及服务。网格的起源：源于人们对高性能计算能力的追求。网格的概念：通过将局域网内或者广域网上地域分布的若干高性能计算机合成一个虚拟的大型计算系统，以解决单台计算机无法完成的大型复杂问题，或者让网上用户透明地共享这些昂贵的计算、存储、设备资源。第11页，共34页，星期日，2025年，2月5日14.2.1网格的基本特征和内涵网格的基本特征：广域性、异构性、动态性网格的内涵?解决多个层次的资源共享和协作技术，将Internet从通信和信息交互的平台提升到资源共享的平台。?网格是通过网络整合计算机、数据、设备和服务等各种资源的一种重要基础设施。?目标是实现资源共享和分布式协同工作。第12页，共34页，星期日，2025年，2月5日网格的基本特征1、分布与共享2、自相似性3、动态性与多样性4、自治性与管理的多重性5、动态自适应性第13页，共34页，星期日，2025年，2月5日14.2.2网格的分类按照网格客体的不同层次资源网格信息网格知识网格根据网格客体对象的类别数据