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WindowsCCSReviewersGuide
WindowsComputeClusterServer2003Beta2
评估指南
发布日期:
2005年11月
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摘要
Windows®ComputeClusterServer2003Beta2为需要解决复杂计算问题的客户提供了易于部署、操作,且集成了现有基础结构和工具的高性能计算(HPC)平台,可帮助他们在更短时间内把握住问题关键。
一直以来,群集配置都是一项复杂的技术,往往需要专门的技术人员来进行支持。
标准的安装过程通过远程安装服务、节点配置和安全设置大大简化了网络配置和远程加载节点的工作任务。
集成的作业调度器可以通过命令行接口进行访问,也可以通过几个为群集工作负载的提交和管理而提供的API进行访问。
ActiveDirectory®集成提供了端到端的身份管理和安全性,而微软管理控制台则支持可扩展的管理单元,而且还集成了MicrosoftOperationsManager。
您可以群集上运行知名ISV所提供的领先应用程序,在维持高性能的同时,帮助企业及时且具成本效益地满足用户的各种需求。
通过使用MPIchameleon(MPICH)标准的完全实现,可借助WindowsComputeClusterServer2003中提供的消息传递接口(MPI)支持运行并行作业。
VisualStudio®2005为开发人员提供了包含并行编译和调试功能的集成开发环境。
WindowsComputeClusterServer2003无缝集成了屡获殊荣的WindowsServer™2003操作系统,改进了安全性、存储效率和生产效率。
内容
WindowsComputeClusterServer2003概述1
WindowsComputeClusterServer2003入门2
什么是WindowsComputeClusterServer2003?
2
关于MPI、MPICH和MSMPI3
为什么要部署WindowsComputeClusterServer20034
系统要求5
硬件要求5
软件要求5
网络要求7
设置群集8
创建根节点8
安装计算群集软件包9
完成安装过程11
技术概述13
体系结构13
网络拓扑14
方案114
方案216
方案317
方案417
方案518
功能19
计算群集管理器19
群集作业提交与监控台23
命令行接口24
群集安全性24
群集管理员24
群集用户24
总结25
相关链接26
WindowsComputeClusterServer2003概述
Microsoft®Windows®ComputeClusterServer2003Beta2将为开发、部署、运行和管理高性能计算应用程序提供一个集成化的应用程序平台。
WindowsComputeClusterServer2003可以帮助工作人员在一个高效环境内,借助商用硬件执行多节点工作负载计算。
在行业标准服务器群集的帮助下,高性能计算正逐步成为现实。
这些群集的规模从几个节点(若干单台计算机)到数百个节点不等。
与这些节点相关的布线、装备、配置、监控与管理活动以及提供适当、安全用户访问服务的工作大多是需要专门支持与管理资源的复杂任务。
WindowsComputeClusterServer2003的目标是简化管理,降低计算群集成本,从而使计算群集可为更广泛的用户所接受。
WindowsComputeClusterServer2003的安装更为简单直观。
系统配置的过程完全是指定好的,这在很大程度上实现了自动化。
WindowsComputeClusterServer2003整合了传统Windows系统的远程部署和群集管理功能。
WindowsComputeClusterServer2003完全集成了WindowsServerSystem™解决方案堆栈,从而可以充分利用MicrosoftOperationsManager中提供的高级管理功能和ActiveDirectory目录服务的用户与安全管理功能。
需要借助WindowsComputeClusterServer2003管理完成各项任务的人员将享受短暂的学习曲线,之后便可以轻松快速地适应管理界面。
工作中需要使用高性能计算解决方案的人员和组织需要一些必要的补充应用程序,来执行复杂计算和输出精确的数据。
微软与服务于多个市场的独立软件供应商(ISV)携手,共同将应用程序移植到了WindowsComputeClusterServer2003中。
为了帮助履行其简单易用的诺言,微软提供了全功能的作业调度器。
WindowsComputeClusterServer2003支持根据消息传递接口(MPI)标准执行并行应用程序。
VisualStudio2005中针对并行计算的功能增强包括对OpenMP标准的支持以及支持MPI的并行调试功能。
.
WindowsComputeClusterServer2003入门
在过去的15年中,高性能计算得到极大的发展。
虽然二十世纪九十年代初的“超级计算机”解决方案能够提供强大的并行计算能力,但其成本动辄数千万美元,而且要求具有较高级别的部署、管理和维护技能。
过于昂贵的成本和特殊的技能水平要求,将使用这些解决方案的客户限制为政府机构和大型科研院校。
今天,最高端超级计算解决方案的成本超过了一亿美元。
这些系统所产生的巨大计算能力仍是非常宝贵的工具,是完成大规模、高精度计算任务的重中之重。
虽然能够产生最大计算能力的高性能计算解决方案仍存在着极大的价值和需求,但与之相对的,几乎任何人都可以通过群集价格低廉、方便易用的商用硬件来创建高性能计算解决方案。
这是可能的,因为64位处理器体系结构的计算能力在不断提高,而且在内存地址空间方面也有相应的提高。
实现高性能计算的小型群集的创建成本从五千到一万美元不等–就产生相同计算能力的成本而言,比15年前少了近10,000倍。
群集高性能计算解决方案成本方面的降低为依赖于高性能计算的个体提供了更多执行计算任务的选择。
大规模或高精度作业可提交给超级计算机系统,而部署的本地群集则可快速执行小规模的常规任务。
但是,对高性能计算的经济承受能力已不再成为使用障碍。
由于高性能计算解决方案在使用、管理、与计算基础结构集成,以及利用标准应用程序能力等方面的困难,限制了高性能计算群集的广泛采用。
WindowsComputeClusterServer2003的主要目标是克服这些挑战。
随着2006年WindowsComputeClusterServer2003的计划发布,微软希望能够扫清管理阻碍,使每位工程师和科学家都可以单独利用群集强大的计算能力。
管理要求的降低还释放了一些资源,使那些具有高性能计算需求的企业可以部署本地群集,多快好省地解决问题。
什么是WindowsComputeClusterServer2003?
WindowsComputeClusterServer 2003是一款使用群集商用服务器的高性能计算解决方案,是通过WindowsServer2003,ComputeClusterEdition操作系统和MicrosoftComputeClusterPack组合构建的。
WindowsServer2003,ComputeClusterEdition是基于WindowsServer200364位版的专用64位WindowsServer操作系统,专为可支持高性能软件的WindowsComputeClusterServer2003而开发。
WindowsServer2003,ComputeClusterEdition是一个完整版本的WindowsServer200364位操作系统;当然,我们并不建议将其作为通用服务器。
为降低WindowsComputeClusterServer2003的售价,WindowsServer2003,ComputerClusterEdition中的服务器角色将受到一定限制。
举例来说,用户如需在群集服务器上安装MicrosoftSQLServer™2005,则需购买并安装WindowsServer200364位标准版或WindowsServer200364位企业版。
此外,目前尚不能在32位硬件设备上部署WindowsComputeClusterServer2003。
(请参见下面的系统要求部分。
)
计算群集软件包提供了创建和配置群集节点所必需的服务、接口、支持软件,同时还包含实用工具和管理基础结构。
计算群集软件包还为行业标准MP12的支持特性提供相关支持。
该软件包还配备了集成作业调度器和群集资源管理工具。
WindowsComputeClusterServer2003的部署任务主要通过两张CD安装完成。
CD1包含WindowsServer2003,ComputerClusterEdition。
CD2包含计算群集软件包。
WindowsComputeClusterServer 2003提供的组件如下表所示。
组件
描述
群集
群集是由处理复杂运算任务的互连计算机构成的集合。
每个计算群集均包含一个根节点,负责协调所有群集资源访问任务,并充当群集部署、管理和作业调度单一操作点。
根节点
在WindowsComputeClusterServer 2003中,根节点负责为服务器群集提供用户界面和管理服务。
用户界面包含计算群集管理器、群集作业提交与监控台及命令行接口(CLI)。
而管理服务则包括作业调度、作业与资源管理和远程安装服务(RIS)。
根节点还可在构成群集的公共网络与专用网络之间充当网络地址转换(NAT)网关。
计算节点
计算节点是被配置为计算群集组成部分并负责为最终用户提供作业处理计算资源的计算机。
计算节点只能基于运行受支持操作系统的计算机创建,但同一群集内的节点未必安装相同操作系统,而且可以配备不同硬件配置。
作业调度器
作业调度器在根节点上运行,负责管理作业队列、分配计算资源并执行相关作业。
该项服务需要同在所有计算节点上运行的节点管理器服务(NodeManagerService)进行通信。
管理基础结构
计算群集软件包提供了完整的管理基础结构,允许群集管理员对计算节点实施部署和管理。
这个基础结构包含在根节点和全部计算节点上运行的群集服务,可提供用于群集管理、作业提交和作业队列管理目的的管理、用户及命令行接口。
计算群集管理器和群集作业提交与监控台
群集管理员和用户可利用这些界面开展群集操控、作业提交和作业管理活动。
计算群集管理器可供用来配置群集,管理节点,并监控群集活动及健康状况。
群集作业提交与监控台可供用于作业提交和作业队列管理等目的。
命令行接口
计算群集软件包为节点与作业管理操作提供了一个命令行接口(CLI)。
上述操作还可通过脚本编程方式执行。
管理员可使用CLI实现作业、作业队列和节点操作自动化。
使用标准的Windows部署技术,可轻松快捷地部署WindowsComputeClusterServer2003,而通过插入和连接群集,可在计算群集中自动添加附加的计算节点。
Microsoft消息传递接口(MSMPI)实现与参考MPICH2完全兼容,并在所有作业上实现了端到端的安全性。
与ActiveDirectory的集成为管理和用户提供了基于角色的安全性,而微软管理控制台(MMC)的使用则提供了熟悉的管理和计划安排界面。
关于MPI、MPICH和MSMPI
MPI是标准的应用程序编程接口(API),是消息传递的规范。
MPI针对大型计算机系统或群集调用计算机上运行的高性能计算进行了专门设计。
MSMPI是Argonne国家实验室开放源代码MPI2实现的一个版本,目前在各种HPC群集中广泛应用。
MSMPI兼容MPICH2参考实现及其它MPI实现,并支持一个具有160多个函数调用的全功能API。
WindowsComputeClusterServer2003中的MSMPI使用WinSockDirect协议实现最佳的性能和CPU效率。
MSMPI可通过硬件制造商提供的WinsockDirect驱动程序,利用所有WindowsServer2003支持的以太网互连,以及低延迟、高带宽互连(比如:
InfiniBand或Myrinet)。
因此,与特定架构需要特定MPI堆栈相比,单一MPI堆栈支持多种架构。
这极大地减轻了网络管理员的管理负担。
Gigabit以太网提供了高速且极具成本效益的互连架构,而InfiniBand则是对延迟有严格要求的高带宽应用程序的理想选择。
MSMPI支持(绑定)C、Fortran77和Fortran90编程语言,MicrosoftVisualStudio2005包括与MSMPI一起工作的并行调试器。
开发人员可以从VisualStudio环境,对多个计算节点启动他们的MPI应用程序,而VisualStudio将自动连接每个节点上的进程,这便使得开发人员可以在每个节点上分别暂停和检查程序变量。
为什么要部署WindowsComputeClusterServer2003
对于希望发挥群集解决方案强大效能的组织和个人来说,WindowsComputeClusterServer2003无疑在排除部署障碍方面迈出了重要的一步。
∙缩短把握问题关键的时间—WindowsComputeClusterServer2003将提供一种现成可用且性能超卓的开发体验;一个囊括操作系统、作业调度和MPI层级的集成化软件包;以及满足目标领域需求并代表领先水平的应用解决方案。
∙更好地集成IT基础结构—WindowsComputeClusterServer2003可与现有Windows基础结构(例如ActiveDirectory)实现无缝化集成,从而允许客户充分运用现有知识技能和技术手段。
∙熟悉的开发环境—面向WindowsComputeClusterServer2003的应用程序开发允许开发人员充分运用基于Windows平台获得的现有知识技能和经验教训。
VisualStudio是业界应用最广泛的集成化开发环境(IDE),而VisualStudio2005更提供了包括并行编译与调试在内的HPC应用开发支持特性。
合作伙伴提供了附加的编译器和数学库选项。
WindowsComputeClusterServer2003支持结合微软MPI堆栈或其他供应商的堆栈使用MPI。
对于一度受预算资金和专业技能所限而无法部署高性能计算解决方案的组织和个人来说,WindowsComputeClusterServer2003无疑将帮助他们实现拥有这种解决方案的梦想。
客户现可对ActiveDirectory和IT管理技能等Windows基础结构投资成果加以充分运用,进而发挥高性能计算所蕴含的巨大潜力。
他们将不必再为每个高性能计算群集配备专职管理员。
系统要求
在WindowsComputeClusterServer2003中,被指定为根节点或计算节点的计算机均应满足最低硬件和软件配置要求。
此外,如果部署计划包括在远程计算机上安装管理和用户组件,那么,远程计算机必须安装兼容计算群集软件包(CCP)的操作系统。
根节点还可能根据安装群集的网络环境提出额外的软件配置要求,如远程安装服务(RIS)或Internet连接共享(ICS)网络地址转换(NAT)等。
WindowsComputeClusterServer2003需要.NETframework2.0,它包含在计算群集软件包磁盘上。
计算群集管理器(ComputeClusterAdministrator)需要MMC3.0。
硬件要求
WindowsComputeClusterServer2003的最低系统硬件配置要求与WindowsServer 2003,Standardx64Edition的硬件配置要求相似。
WindowsComputeClusterServer2003系统要求1
要求
WindowsServer2003,ComputeClusterEdition
CPU要求
64位体系结构计算机
具备Intel64位内存扩展技术(EM64T)的IntelPentium或Xeon系列处理器体系结构,或者
AMDOpteron系列、AMDAthlon系列或兼容处理器。
最小RAM容量
512MB
最大RAM
32GB
多处理器支持
最多4块处理器
安装所需的磁盘空间
4GB
磁盘卷
对于根节点,WindowsComputeClusterServer2003安装过程至少需要两个卷(C:
\和D:
\),一个作为系统分区,另一个为RIS所用。
计算节点只需要一个卷。
可以根据需要使用RAID0,1,5,但这并不是必需的。
网络接口卡
所有节点都至少需要一块网络接口卡。
若计划使用专用网络,则根据所选的网络拓扑,至少需要为根节点准备两块网络接口卡,用于创建公共网络和专用网络。
如果需要访问公共网络,或者支持MPI网络,则每个节点可能还需要额外的网络接口卡。
1所显示的系统要求是针对预发行代码而言的。
最终的系统要求可能会变动。
软件要求
本节描述WindowsComputeClusterServer2003的软件配置要求。
以下是WindowsComputeClusterServer2003所需或兼容的操作系统:
根节点和计算节点
计算群集软件包必须安装在受支持的操作系统上。
根节点和计算节点支持的操作系统相同,包括:
∙WindowsServer2003,ComputeClusterEdition
∙WindowsServer2003,Standardx64Edition
∙WindowsServer2003,Enterprisex64Edition
∙WindowsServer2003R2,Standardx64Edition
∙WindowsServer2003R2,Enterprisex64Edition
远程工作站计算机
虽然计算群集管理器和群集作业提交与监控台默认安装在根节点处,但可以从远程工作站管理和操作群集。
如果计算群集管理器或群集作业提交与监控台安装在远程计算机上,那么该计算机必须安装以下任意一种操作系统:
∙带有ServicePack 2(SP2)的Windows XPProfessional
∙WindowsXPProfessionalx64Edition
∙带有ServicePack 1(SP1)的WindowsServer 2003,StandardEdition
∙WindowsServer2003,Standardx64Edition
∙带有ServicePack 1(SP1)的WindowsServer 2003,EnterpriseEdition
∙WindowsServer2003,Enterprisex64Edition
∙WindowsServer2003R2,StandardEdition
∙WindowsServer2003R2,Standardx64Edition
∙WindowsServer2003R2,EnterpriseEdition
∙WindowsServer2003R2,Enterprisex64Edition
远程安装服务(RIS)
RIS可用于自动安装组成群集的计算节点。
还可以使用第三方系统映像工具来部署计算节点。
ActiveDirectory
ActiveDirectory目录服务是Windows平台的核心组件,它可为组成网络环境的各种身份和关系提供管理方法。
ActiveDirectory将与对象相关的信息存储在网络中,用户和网络管理员都可使用此信息。
有了ActiveDirectory,网络用户便可以使用单一登录过程,随处访问网络中其有权访问的任意资源。
ActiveDirectory是WindowsComputeClusterServer2003所必需的。
所有计算节点都必须与根节点位于同一ActiveDirectory域中。
为了利用现有的目录服务、身份验证和安全基础结构,应将计算群集计算机加入到现有的公司ActiveDirectory域中。
如果ActiveDirectory域不可用,则可以运行DCPROMO.EXE,将根节点作为域控制器使用。
如果群集使用了单独的域,则必须在新群集域和现有域间创建信任关系,若要允许两域互相访问,则可能还需要完成其它的管理任务。
软件开发工具包
“操作系统要求”中列出的操作系统上都支持使用WindowsComputeClusterServer2003软件开发工具包(SDK)以及相关的实用工具。
网络要求
WindowsComputeClusterServer2003支持五种不同的网络拓扑。
每种拓扑都存在性能和可访问性问题。
这些拓扑至少涉及一个网络,同时也可能是所有三种不同网络的组合:
公共、专用和MPI。
公共网络是连接到一个或多个群集节点的组织网络。
这种网络通常是预先存在的以太网,大部分用户都要在登录后才能完成其工作。
如果群集没有连接到专用网络,那么公共网络将承载所有的内部群集管理和部署流量。
专用网络是专用的群集网络,用于承载节点间的内部群集通信。
这种网络如果存在,则将承载群集中节点的所有管理、部署和MPI流量(如果不存在MPI网络)。
MPI网络是专用的高速网络,负责承载群集中计算节点间的并行应用程序通信。
如果不存在MPI网络,MPI通信则由专用网络来承载。
如果专用网络不存在,MPI流量则由外部公共网络来承载。
使用单独网络来承载计算节点和根节点间的外部群集和MPI流量将会提高群集性能,分流公共网络的通信流量。
从计算节点到公共网络的访问仍可通过使用根节点上的网络地址转换(NAT)服务来实现。
计算群集软件包支持的四个网络方案都通过使用一种或多种专用网络来支持群集通信,分别提供了不同程度的性
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