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基于高性能计算的服务云平台

2012/2/17    来源:万方数据    作者:鲁永泉  高鹏东  裘初  王金涛      
关键字:高性能计算  服务云  信息化建设  软件  
本文介绍了一种整合高性能计算资源和软件资源的服务云平台解决方案。通过分析我国信息化建设过程中出现的一些与高性能计算平台建设、管理、运营相关的问题,结合目前云计算的发展状况,中国传媒大学高性能计算中心提出了一种基于高性能计算的服务云平台方案,该方案是“应用云”的一个典型实现,是软件即服务、网格计算和虚拟化3个概念的结合,共包含5个功能层次基础架构层、平台服务层、应用服务层、服务管理平台和访问接口。最后,对本方案的功能特点和创新性进行了总结。

引言

    近年来,随着高性能计算技术的快速发展,大家都逐佣代人识到“计算科学”已经与传统的“理论科学”和“实验科学”一起并列成为推动科技发展和社会文明进步的三大科学。进入21世纪以来,国内很多科研机构和高校都投人巨资成立了高性能计算中心,甚至一些稍具实力的院系也都建立了自己的高性能计算平台。然而。这些“一哄而上”的高性能计算中心或者平台,在后期的运营中都或多或少的遇到了应用软件单一、终端用户数量少等问题,再加上缺乏长期稳定的资金投入,高性能计算中心和平台的可持续发展问题让很多系统管理人员都纹尽脑汁、苦不堪言,很多高性能计算乎台由于缺乏应用都处于空负载运行的状态。这显然与目前绿色节能的主旋律不太和谐。因此,如何提高高性能汁算系统和平台的使用率,成为信息化建设中必须要解决的一个重要问题。

    云计算概念与模式的提出,为整合现有的高性能计算系统和平台、提高计算资源的使用率提供了一种新的思路。“分久必合,合久必分”计算机技术的发展也应验了这句古话,总是螺旋上升的。早期的大型机时代,大型机集中了所有的计算和应用。上世纪70年代后半期,计算模式从集中转向分散,诞生了服务器加客户端的模式,而现在计算能力又将走向集中,“云计算”就是这种趋势的最直接体现。关干云计算有多种说法,学术界对云计算至今尚无统一的定义,权威机构对云计算的定义也不尽相同。应该说,云计算就是二种计算模式,在这种环境中,广大用户不再需要自购软、硬件,甚至无需知道是谁提供的服务,可以只关注自己真正需要什么样的资源或者是想得到什么样的服务。就像现在人们日常生活用电、用水和煤气一样来消费所购买的计算和应用服务。

    按照服务的不同层次,可以将“云”分为3种形式:基础设施云、平台云和应用云。在本文中,将详细介绍中国传媒大学高性能计算中心提出的一种基于高性能计算的服务云平台。该平台可以有效解决高性能计算资源分散、使用效率低的问题。通过整合应用软件与计算资源,服务云平台可以提供更多的并行应用软件供广大用户选择,摆脱以往部门级高性能计算平台“孤岛”式运营所导致的用户单一的困境。另一方面,服务云平台还可以将以往运行在部门级高性能计算平台上的应用迁移至计算能力更强大的高性能计算平台上,满足专业应用研究对计算资源的需求,提高现有硬件设备的使用效率。最后,集中的管理和维护模式也便于服务云平台建立更为开放、透明的服务体系,从而更好地为用户服务。目前,该平台方案己在中科院和地震局的信息化建设项目中得到了成功应用。

2基于高性能计算的服务云平台解决方案

    基于高性能计算的服务云平台是软件即服务(SaaS),网格计算和虚拟化3个概念的结合体。其中,虚拟化技术为平台提供了必需的基础设施,网格计算为平台提供了重要的中间件技术,而软件即服务则为平台提供了一种完全创新的软件使用模式。图1是基于高性能计算的服务云平台的组织架构。

    虚拟化即基础设施的虚拟化,它包括两个层次的内容:第一个是传统已经成熟的集群技术。集群计算是将多台服务器虚拟为一台超级计算机的技术,目的是提高计算能力和提升设备的容错、实现负载均衡;第二种虚拟化技术是分区计算,这是一种在大型机和UNIX小型机上己经获得了成熟应用的技术。就是将一台服务器虚拟为多台服务器,每个虚拟单元叫一个分区。各分区之间是相互隔离的,目的是提高资源利用率。

    网格计算是一种提升计算能力的方式,其原理是依据并行计算理论,通过任务 分解,将子任务分布式提交到其他服务器上运行,以获得更强大的计算能力。基于网格的计算任务具有重计算、弱流程、少交互的特点,这种计算任务通常需要消耗大里的CPU计算。但网络流且不大,存储和硬盘访问量也较少。

基于高性能计林的服务云平台组织架构

图1 基于高性能计算的服务云平台组织架构

基于高性能计算的服务云平台的体系结构
图2 基于高性能计算的服务云平台的体系结构

 

责任编辑:赵蔓
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