基于高性能運算PC集群綜合優化技術的分析

孫磊

摘 要 PC集群的高性能運算可提高地震資料的處理速度，而如何進一步優化，提升其應用性能，已經成為業界關注的焦點。本文是以應用軟件為載體，從數據處理、定位等方面提出優化方案，引入不同的技術，以優化系統的處理，加快處理速度，進而實現PC集群優化的目標。

關鍵詞 高性能運算；PC集群；系統優化

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）16-0132-02

隨著計算機技術的發展，PC集群在多個領域多有應用，特別是在軍事、國防等領域的應用，可加快這些行業的發展。以石油勘探地震資料處理為例，是PC集群主要應用的領域，其使用量不斷增加，加快了PC集群的發展，并優化了各關鍵零部件的使用。

1 高性能運算PC集群綜合優化的技術方案

PC集群是為需要運用高性能運算行業提供服務，可以從中總結各行各業的特點，滿足其基礎所需，只是其側重于不同的方面，特別是對于石油勘探地震資料的處理，可以滿足大量數據快速運算的要求，但廠家在這方面的考慮還有待加強。其只是根據整合行業的選擇，或是自己以往的工作經驗，選擇使用的系統，而PC集群系統有多個技術原理，需使用不同設備，廠家選擇的系統很少可以直接與地震資料處理的軟件匹配，且需求并不一致。所以，系統應用后需要二次調試，優化性能，根據對應軟件提出的要求，從硬件平臺與系統入手，把硬件設備的特性作為前提，搜集運行數據，找到運行效率無法提升的限制，由此給出系統性能提升的方案，再根據方案內容，調整硬件，均衡配置，進一步開發程序，使地震資料的處理達到最優，提升PC集群的性能[1]。

根據PC集群應用的特點，以及硬件與系統性能的開發，其優化包括以下幾方面，有網絡交換、節點配置的升級、BIOS參數調優、系統服務等，加以優化。

2 高性能運算PC集群綜合優化的技術落實

2.1 網絡交換與系統服務

2.1.1 網絡交換

現在用于地震資料計算的PC集群系統構成的計算機，共有123個計算節點，每個管理節點和I/O節點，都是用網絡交換機實現交換，而數個計算節點均勻分布在多個刀片中心上，平均每個刀片中心有14個計算節點。但因為受到技術的影響，每個刀片中心只可以用1個網絡模塊處理信息，共用4個千兆的網絡寬帶。基于該系統對處理評價做出綜合性的分析后，得出其瓶頸是網絡運行受到阻礙，且數據交換也不易進行，降低了PC集群的性能。其優化方案為：把網絡直通模塊升級。即對系統內的部分零件進行調整，以刀片中心電力正常供應為前提，使用新的網絡直通模塊，運用網絡直通技術，確保任意一個刀片上的千兆節點都可以提速，從原有的286Mb/s提升為1 000Mb/s，優化數據傳輸性能，消除網絡瓶頸。

升級核心網絡交換機。網絡模塊實現升級后，原有核心網絡交換機的性能已無法滿足運行需求，特別是端口的密度與背板的帶寬，故經過分析，可以用Foundry RX16代替Cisco4506，以實現網絡升級，增加網絡的背板帶寬，加快數據傳輸的速度。

2.1.2 系統服務

PC集群內各個節點的在系統內的使用，是以優化系統運行為前提，對功能進行定制，再完成安裝。即根據系統的對功能的要求，除必要的管理節點外，把I/O與計算所需的節點按照字符模式的方式排列，并設置為默認啟動，同時，減少虛擬控制臺的操作，從多個終端中選擇一個虛擬終端，以減少資源的過度使用。另其可以把不需要的服務關閉[2]。

2.2 節點配置與BIOS參數

2.2.1 節點配置

處理地震資料的軟件有 Omega、Geocluster等，這些軟件中，某些運算模塊需優化節點的功能，有特殊要求。以Omega為例，其分析并處理地震信息時，對于疊前時間偏移模塊的處理，需要大量的內存，而運行地表一致性類工作的模塊時，除了需要較大的內存，同時也需容量較大的內置磁盤。而Geocluster運行時，與Omega提出的要求基本相同，但它疊前深度偏移模塊操作的過程中，要求加快數據傳輸的速度，對傳輸速度提出了更高的要求。所以，PC集群是預先了解處理板塊與模塊的要求，把某些節點升級，其主要包括I/O與計算節點的內存，以及計算節點的內置磁盤。這兩個節點的配置與功能提升后，可優化網絡吞吐以及系統的運算，能夠從大量的數據中快速分揀信息，加快了不同節點的處理速度，做到同時運行大量的數據，減少了小型作業的開展，縮短了系統對信息的處理時間，提升效率。

2.2.2 BIOS參數

對于系統內BIOS參數的分析，可從眾多參數中選擇可能造成系統瓶頸的參參數進行調試，比如預取相鄰緩存和硬件預取參數，前者的參數可以由Enabled變為Disabled，其調試后，能夠在處理器運行過程中，另外得到一個緩存線路，字節容量為64字節，處理器需要新的緩存空間后，64字節緩存即可供處理器使用，避免出現緩存延遲。以Enabled為參數，供處理器使用的緩存路線既包括現有路線，又有新的路線，但Disabled則是只能用現有的路線，故把硬件預取參數中的Disabled變為Enabled，可控制這一參數內存向二級緩存發出的命令，以及不同硬件數據的預取，即用Enabled操作，可用系統對二級緩存發出指令，而Disabled不可以做到這一點。

對BIOS參數的調優，可減少系統資源的使用，使系統的運行保持穩定，并可以適當放寬系統性能需要使用的指標。

除了上數量兩點的優化外，也需要對存儲系統層進行優化。軟件或系統對地震信息進行處理后，需把處理后的信息存放到指定地點，而該層是以SAN結構為主要架構，把儲存系統層方分成不同的層次，各自有相應的等級，逐級管理，同時，數據可根據實際所需，在多個設備中不斷轉移。由此，可對此層次的優化進行管理，保持數據傳輸通道的通暢，并在各層留下一定的儲存空間，為功能進一步拓展留下余地，故可使用HP XP24000、HDS AMS1000存儲系統，保證所有信息可以在線閱覽，優化計算平臺的處理。

3 結論

本文先論述了高性能運算PC集群綜合優化的技術方案，而后從網絡交換與系統服務、節點配置與BIOS參數以及存儲系統層幾方面提出系統優化的方案，并給出實施措施，如此，可優化對地震資料的處理，提高系統、軟件運行的效率。

參考文獻

[1]付喜春.基于多架構PC集群監控系統結構設計[J].信息技術，2013（9）：96-99，103.

[2]趙勝平，王志杰，趙萍萍，等.應用xcat在PC集群上安裝地震資料處理系統后遇到的問題與對策[J].物探裝備，2012（6）：371-375.endprint