一、叢集和Linux上的叢集解決方案

叢集計算機是指用一組聯網的PC或工作站來搭建成的，提供比單個PC（節點）計算效能高得多的計算機。說其是計算機，其實是針對所提供出來的服務而言的，或者說是邏輯上來說的。叢集計算機的主要優勢就是成本，相同的計算能力下，其成本只有傳統大型機的十分之一，在全球計算機TOP500中，叢集計算機的比重越來越大，近兩年的比重超過了80%。特別是對中小企事業應用，實驗研究和教學有很大的競爭力。

集群系統(Cluster)主要解決下面幾個問題：

1．高可靠性（HA）。利用叢集管理軟體，當主伺服器故障時，備份伺服器能夠自動接管主伺服器的工作，並及時切換過去，以實現對使用者的不間斷服務。

2．高效能運算（HP）。充分利用叢集中的每一臺計算機的資源，實現複雜運算的並行處理，通常用於科學計算領域，比如基因分析，物理與化學分析等。

3．負載平衡。即把負載壓力根據某種演算法合理分配到叢集中的每一臺計算機上，以減輕主伺服器的壓力，降低對主伺服器的硬體和軟體要求。

在實際應用中，最常見的情況是利用叢集解決負載平衡問題，比如用於提供WWW服務。在這裡主要展示如何使用LVS(Linux Virtial Server)來實現實用的WWW負載平衡集群系統

關於叢集計算機的作業系統，在TOP500中現在主要的作業系統都有身影，但是應用最多的是LINUX作業系統。這首先利益於LINUX的開放原始碼，使得其有很高的可制定性，可以根據不同的硬體和應用環境作出相應的修改，其次，LINUX也有很高的穩定性，而且不乏商業支援。

為了降低程式開發的難度和提高程式的可移植性，目前基於LINUX的叢集計算環境主要是通過配置MPI（Message Passing Interface）環境可實現的。這也是目前比較成熟的應用模式。因此，本文主要講解LINUX下的叢集環境配置的要求和MPI的配置。

LINUX叢集環境的配置主要有以下幾個部分：

<!--[if !supportLists]-->1． <!--[endif]-->MPI平行計算環境的安裝和配置

<!--[if !supportLists]-->2． <!--[endif]-->計算節點之間的無密碼訪問

<!--[if !supportLists]-->3． <!--[endif]-->NFS共享檔案系統的配置

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注:在叢集配置過程中,MPI執行環境的安裝和配置是必要的，至於計算節點之間的無密碼訪問和NFS共享，則是在運算效率和檔案管理上對高效能運算提出的要求。一般來說，只要具有MPI執行環境可以運算平行計算。

二、linux叢集中MPI的平行計算環境的簡單配置

MPI的安裝及簡單測試

MPI有多種實現版本，如MPICH， CHIMP以及OPENMPI。其中MPICH是一種最重要的MPI實現，它可以從網上免費獲得Linux和Windows版本。它的開發和MPI規範的制定是同步的，因此最能反映MPI的變化和發展，MPICH由此成為實現MPI的最成熟和最廣泛使用的版本。本文安裝的MPI軟版本為MPICH-1.2.6。

安裝步驟：

1、從網上下載MPICH壓縮包（mpich.tar.gz）

2、解壓：# tar zxvf mpich.tar.gz

3、進入解壓後的目錄： # cd mpich-1.2.6

4、配置： # ./configure –prefix=/usr/local/mpich

其中/usr/local/mpich為軟體所安裝的目錄

5、編譯 # make

6、安裝 # make install

7、配置該軟體的使用者搜尋路徑

Root 使用者下：修改/etc/profile 加入

PATH=$PATH:/usr/local/mpich/bin

MANPATH=$MANPATH:/usr/local/mpich/man

Export PATH MANPATH

普通使用者下：修改~/.bash_profile 加入

export PATH=$PATH:/usr/local/mpich/bin

8、修改/usr/local/mpich/share/machines.LINUX檔案，加入叢集中可以用來做平行計算的主機名(八節點叢集為例)

加入的內容為：

Local:4

Node11:4

Node22:4

（注：冒號後為節點的CPU數或者核心數）

9、MPI環境的簡單測試

在伺服器節點上，以mpich 自帶的計算PI值的平行計算程式cpi對所搭建的叢集環境做簡單的測試。

步驟：

在/usr/local/mpich/example目錄下

（1） 編譯 # make cpi

（2） 啟動平行計算 # mpirun –np N cpi (其中N 為節點機的個數)

可以看到PI值及誤差和計算時間，說明環境搭建基本成功。至此，所組建的MPI叢集基本成。

雖然現在主流的叢集配置都是基於MPI的，但是由於MPI的標準和MPI實現的多樣性，特別是商業應用領域中不同的商業封裝的存在，在MPI環境的安裝和配置過程中，要詳細的閱讀相關的幫助檔案。以求正確的配置好MPI執行環境。

三、計算節點之間的無密碼訪問

這 一點主要是針對高效能運算來說的。在高效能運算中，計算任務被分割成並行的幾個部分，而這幾個部分之間也是有相互關聯，根據計算任務的不同和任務分割的方 法的不同。計算節點之間的通訊量也是不同的。這也是衡量和影響叢集計算機效能的主要方面。從邏輯上講，計算節點之間的無密碼訪問可以使計算程序在叢集計算 機內自由跳躍，從而提高叢集計算的效率。目前主要的訪問機制有RSH和SSH，相對來說SSH的安全性更好些。關於這兩種節點間訪問機制的配置，網上有很多的教程，本文將簡述SSH在節點之間的無密碼訪問。

實現原理

使用一種被稱為"公私鑰"認證的方式來進行ssh登入. "公私鑰"認證方式簡單的解釋是

首先在客戶端上建立一對公私鑰 （公鑰檔案：~/.ssh/id_rsa.pub； 私鑰檔案：~/.ssh/id_rsa）

然後把公鑰放到伺服器上（~/.ssh/authorized_keys）, 自己保留好私鑰

當ssh登入時,ssh程式會發送私鑰去和伺服器上的公鑰做匹配.如果匹配成功就可以登入了

1．用使用者anyone登入客戶機器並在客戶端機器上執行"ssh-keygen -t rsa"產生的金鑰檔案。

如果檔案"~/.ssh/id_rsa"存在，會提示是否覆蓋該檔案，此時可選擇"n"不覆蓋該檔案而使用已有的id_rsa檔案；如果選擇"y"則會重新生成"~/.ssh/id_rsa"檔案，接下來會提示輸入passphrase，回車確定使用空的passphrase，再次回車確認（這裡也可以輸出passphrase，相當於ssh時登入的密碼）。然後會重新生成"~/.ssh/id_rsa"檔案和"~/.ssh/id_rsa.pub"檔案（結果如下）。

如果"~/.ssh/id_rsa"檔案和"~/.ssh/id_rsa.pub"檔案不存在則會自動建立新的"~/.ssh/id_rsa"檔案和"~/.ssh/id_rsa.pub"檔案，passphrase設定同上。

2、使用ssh登入到伺服器，編輯伺服器上"~/.ssh/authorized_keys"檔案，將客戶端機器上的"~/.ssh/id_rsa.pub"檔案內容追加到"~/.ssh/authorized_keys"檔案中。

此時會要求輸入zhaoy在伺服器上的登入密碼，輸入後即會將客戶端機器上的"~/.ssh/id_rsa.pub"檔案內容追加到伺服器上的"~/.ssh/authorized_keys"檔案中）

3．完成了金鑰的生成和分發之後就可以進行無密碼的SSH登陸了，當然在金鑰的生成和分發過程中，有很多可控的引數。這一點要注意檢視相關的MAN和使用GOOGLE來解決。

四、NFS共享檔案系統的配置

配置NFS共享檔案系統是因為在高效能運算過程中，各計算節點要頻繁對任務進行資料的讀取和儲存。使用NFS一來可以提高I/O讀寫的效率，可以有針對性的提高NFS系統的可靠性。另外有一點需要注意，在配置計算環境時，要儘量使得與節點配置無關的檔案處於NFS系統中，這可以提高管理效率，降低檔案冗餘。還有就是使檔案系統在各個節點上有相同的路徑。關於NFS的設定網上和書本中有很多。下面簡單介紹一下。

<!--[if !supportLists]-->1． <!--[endif]-->伺服器端的設定

伺服器端的設定都是在/etc/exports這個檔案中進行設定的，設定格式如下：

欲分享出去的目錄 主機名稱1或者IP1(引數1，引數2） 主機名稱2或者IP2（引數3，引數4） 
上面這個格式表示，同一個目錄分享給兩個不同的主機，但提供給這兩臺主機的許可權和引數是不同的，所以分別設定兩個主機得到的許可權。

例如可以編輯/etc/exports為：

/tmp　　　　　*(rw,no_root_squash)

/home/public　192.168.0.*(rw)　　 *(ro)

/home/test　　192.168.0.100(rw)

/home/linux　 *.the9.com(rw,all_squash,anonuid=40,anongid=40)

設定好後可以使用以下命令啟動NFS:

/etc/rc.d/init.d/portmap start (在REDHAT中PORTMAP是預設啟動的）

/etc/rc.d/init.d/nfs start

可以通過MAN命令來檢視exports的相關引數。

<!--[if !supportLists]-->2． <!--[endif]-->客戶端設定

mount nfs目錄的方法：

mount -t nfs hostname(orIP):/directory /mount/point

具體例子：

Linux: mount -t nfs 192.168.0.1:/tmp /mnt/nfs

關於mount和相關引數可以檢視相關的MAN檔案。