Windows HPC Server 2008技術(shù)概覽

去年11月最新公布的第三十次全球超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜上，微軟系統(tǒng)只占據(jù)了區(qū)區(qū)6套，遠(yuǎn)不及Linux的381套。但作為軟件行業(yè)的巨頭，微軟自然不會(huì)輕易放棄這塊高端陣地，于是11月14日，WHS2008在這個(gè)時(shí)間走進(jìn)了我們的視野。 [查閱更多關(guān)于Server 2008的專題文章]

Windows HPC Server 2008（WHS2008）是現(xiàn)有Windows Computer Cluster Server 2003（WCCS2003）的繼任者，基于Windows Server 2008 64-bit系統(tǒng)核心。它能提供新的高速網(wǎng)絡(luò)、高效靈活的集群管理工具、面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(SOA)工程進(jìn)度安排、支持合作伙伴的集群文件系統(tǒng)，可用于計(jì)算流體力學(xué)、水利樞紐模擬等大規(guī)模并行項(xiàng)目，或BLAST、蒙特卡羅模擬等復(fù)雜的并行項(xiàng)目。

WHS2008為主流高性能計(jì)算帶來(lái)了一股新的力量，其統(tǒng)一的管理部署界面可以幫助大型、小型計(jì)算機(jī)群集有效降低部署的復(fù)雜度，并且提供了一個(gè)全新的簡(jiǎn)單高效的管理體驗(yàn)來(lái)提升群集管理員的生產(chǎn)率。
從WCCS 2003到WHS 2008

回想在1991年，用戶要想使用 10 G的計(jì)算能力大概要花費(fèi)4千萬(wàn)美元，而如今相同級(jí)別的計(jì)算水平早已普遍應(yīng)用于普通的X86計(jì)算機(jī)之中，相應(yīng)的花銷更是下降到4千美元左右。成本的大幅下降，使得超級(jí)計(jì)算在硬件方面的開(kāi)銷已經(jīng)下降到了個(gè)人桌面計(jì)算機(jī)的水平。

但應(yīng)用HPC群集的最大障礙主要來(lái)自于其復(fù)雜的部署過(guò)程，以及一旦部署完成還要面對(duì)的維護(hù)挑戰(zhàn)。在HPC全面普及之前，它必須成為組織中主流的IT架構(gòu)的一部分。群集需要像管理和部署現(xiàn)有的架構(gòu)的一部分一樣的簡(jiǎn)單方便，同時(shí)需要對(duì)終端用戶更加的透明并且無(wú)縫集成。而對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，他們能夠使用相同的部署工具和技術(shù)在多核處理器上或者是多個(gè)計(jì)算機(jī)上編寫相應(yīng)的程序。

在最初的WCCS2003中，微軟已經(jīng)展現(xiàn)了其在商業(yè)主流高性能計(jì)算方面的能力。基于Windows Server 2003 x64 的WCCS 2003提供了一套完整的、集成的群集環(huán)境，包括操作系統(tǒng)、工作調(diào)度程序、 Message Passing Interface v2 (MPI2) 支持， 以及群集管理和監(jiān)控組件等。WCCS整合了群集、部署以及管理方面的活動(dòng)目錄服務(wù)，以及Windows Server 2003的常用工具，并且可以使用微軟管理控制臺(tái)（MMC）工具實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單部署計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)和中心管理，從而大大降低用戶使用HPC的復(fù)雜度。
作為WCCS的第二個(gè)版本，Windows HPC Server 2008則是一個(gè)基于Windows Server 2008操作系統(tǒng)的 x64版本。這款產(chǎn)品將會(huì)支持更大的部署環(huán)境，通過(guò)一個(gè)全新的調(diào)度程序全面超越上一款產(chǎn)品，同時(shí)也支持Windows Server 2008 中全新的Windows 部署技術(shù)，以及一個(gè)包含支持全新網(wǎng)絡(luò)路徑的更快的Microsoft Message Passing Interface (MS-MPI) 接口和一個(gè)建立在System Center用戶界面（UI）上的全新的管理界面。這個(gè)工具還支持Windows PowerShell作為其首選的腳本語(yǔ)言。在WHS2008中頭結(jié)點(diǎn)借助 Windows Server 2008故障轉(zhuǎn)移服務(wù)為群集的故障轉(zhuǎn)移和冗余實(shí)現(xiàn)了 Microsoft SQL Server的故障恢復(fù)能力。 

WHS2008與其它微軟產(chǎn)品的整合也更好的提升了HPC的生產(chǎn)效率，同時(shí)增強(qiáng)了終端用戶的使用體驗(yàn)。這其中就包括與Microsoft Office SharePoint Server 以及Windows Workflow Foundation的聯(lián)合使用，以及能夠更好增強(qiáng)管理有效性的Microsoft System Center 解決方案。通過(guò)與 Windows Communication Foundation (WCF)的整合，WHS2008使得服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)（SOA）應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)者更好的利用HPC解決方案提供的全新力量。

WHS2008的四大創(chuàng)新特性

部署WHS2008時(shí)，微軟將重點(diǎn)集中在四個(gè)關(guān)鍵的區(qū)域上，分別是系統(tǒng)管理、工作計(jì)劃、網(wǎng)絡(luò)和MPI以及存儲(chǔ)，新版本中包括：
——系統(tǒng)管理

1. 基于System Center UI 架構(gòu)的全新管理平臺(tái)整合了群集管理中的每個(gè)方面
2. 節(jié)點(diǎn)組允許管理員可以分類并且在計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)上批操作
3. 實(shí)時(shí)監(jiān)控圖允許用戶輕松的查看群集的最新?tīng)顟B(tài)
4. 使用Windows PowerShell 以及其它命令行工具實(shí)現(xiàn)群集的腳本化控制 #p#page_title#e#
5. 多頭節(jié)點(diǎn)的高可用性
6. 使用Windows部署服務(wù)增強(qiáng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的儲(chǔ)備
7. 內(nèi)建對(duì)于群集寬度更新的支持
8. 內(nèi)建系統(tǒng)錯(cuò)誤診斷功能
9. 內(nèi)建群集報(bào)告功能
10. 擴(kuò)展報(bào)告，允許使用例如SQL Server 分析服務(wù)的外部數(shù)據(jù)庫(kù)工具來(lái)完成工作計(jì)劃分析
11. System Center Operations Manager 2007 管理包

——工作計(jì)劃安排

1. 與 Windows Communication Foundation (WCF)的整合, WHS2008使得服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)（SOA）應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)者更好的利用HPC解決方案提供的全新力量。
2. 工作計(jì)劃間隔取決于處理器內(nèi)核，處理器插槽以及計(jì)算節(jié)點(diǎn)的水平
3. 對(duì)于大型群集的性能增強(qiáng)
4. 工作計(jì)劃數(shù)據(jù)庫(kù)支持外部數(shù)據(jù)庫(kù)
5. 全新的工作計(jì)劃策略
6. 支持基于HPC的策略接口

——網(wǎng)絡(luò)和 MPI

1. 網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)，為MPI應(yīng)用程序提供了顯著的RDMA網(wǎng)絡(luò)性能提升
2. 改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)配置向?qū)?
3. 為多核服務(wù)器提供的全新的共享存儲(chǔ)MS-MPI執(zhí)行
4. MS-MPI 與Windows 的事件跟蹤整合在一起

——存儲(chǔ)

1. Windows Server 2008支持改進(jìn)的iSCSI SAN
2. Windows Server 2008支持 Server Message Block (SMB) v2
3. 全新的文件系統(tǒng)支持以及高性能存儲(chǔ)需要的群集供應(yīng)商合作伙伴
4. 全新的存儲(chǔ)緩存供應(yīng)商合作伙伴

WHS2008的硬件需求

對(duì)于WHS2008來(lái)說(shuō)，其最低的硬件需求與Windows Server 2008 x64標(biāo)準(zhǔn)版本的操作系統(tǒng)所需的硬件條件基本相同。WHS2008支持最多64 GB 的內(nèi)存，所支持的處理器包括：AMD Opteron、AMD Athlon 64、Intel Xeon with Intel EM64T和Intel Pentium with Intel EM64T。

WHS2008的軟件需求與部署
WHS2008的頭節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)可以是Windows Server 2008 x64的標(biāo)準(zhǔn)版操作系統(tǒng)或Windows Server 2008 x64 企業(yè)版。工作調(diào)度程序使用 Microsoft SQL Express 作為它的知識(shí)庫(kù)。除了SQL Express 以外，現(xiàn)有的 SQL Server 2005 或者 SQL Server 2008 安裝程序也可以使用。而頭節(jié)點(diǎn)故障轉(zhuǎn)移群集則要求SQL Server 標(biāo)準(zhǔn)版或者企業(yè)版。

一個(gè)管理員控制臺(tái)以及一個(gè)工作計(jì)劃調(diào)度用戶控制臺(tái)組件將會(huì)自動(dòng)安裝在計(jì)算機(jī)群集的頭節(jié)點(diǎn)上。當(dāng)然這些組件也可以安裝在允許遠(yuǎn)程管理群集的其它計(jì)算機(jī)上，或者降級(jí)為客戶計(jì)算機(jī)上的工作任務(wù)。而支持這些遠(yuǎn)程安裝組件的操作系統(tǒng)有： #p#page_title#e#

· Windows Server 2003 Service Pack 1 (SP1) 或者 R2
· Windows Server 2008
· Windows XP Professional Service Pack 2 (SP2)
· Windows XP Professional, x64 Edition
· Windows Vista Business, Enterprise, 以及 Ultimate 版本解決方案架構(gòu)

WHS2008由一系列群集服務(wù)器組成，其中包括：一個(gè)單獨(dú)的頭節(jié)點(diǎn) 以及一個(gè)或者多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)(見(jiàn)圖1)。頭節(jié)點(diǎn)通過(guò)Windows Server 2008高可用性服務(wù)器和SQL Server群集，控制臺(tái)和仲裁服務(wù)器來(lái)訪問(wèn)群集資源，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)于計(jì)算節(jié)點(diǎn)的單點(diǎn)管理，部署以及工作計(jì)劃調(diào)度。WHS2008也可以通過(guò)現(xiàn)在的活動(dòng)目錄架構(gòu)在安全、賬戶管理以及多系統(tǒng)管理方面使用例如Microsoft System Center Operations Manager 2007這樣的微軟工具。

圖 1: 一個(gè)典型的 WHS2008網(wǎng)絡(luò)模型

WHS2008的安裝過(guò)程包括在頭節(jié)點(diǎn)上安裝操作系統(tǒng)，加入活動(dòng)目錄域，然后安裝Compute Cluster Pack 。

在用戶第一次開(kāi)啟管理控制臺(tái)時(shí)，一個(gè)任務(wù)清單上會(huì)為用戶展現(xiàn)計(jì)算機(jī)群集必須要完成的配置。這些步驟中包括： 定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，配置自?dòng)部署，為群集添加計(jì)算節(jié)點(diǎn)等。WHS2008使用 Windows Server 2008 的部署服務(wù)角色來(lái)部署計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

HS2008提供了節(jié)點(diǎn)模版，這種簡(jiǎn)便的方法可以定義用戶計(jì)算節(jié)點(diǎn)上需要的配置，而Windows 部署服務(wù)的一個(gè)簡(jiǎn)便的界面幫助用戶管理全部的節(jié)點(diǎn)，或者是群集的一個(gè)節(jié)點(diǎn)組并且跟蹤部署的處理過(guò)程。WHS2008管理工具包括一個(gè)診斷測(cè)試，利用這個(gè)測(cè)試，管理員可以檢測(cè)群集的連接故障，節(jié)點(diǎn)負(fù)載以及工作計(jì)劃狀態(tài)。
小結(jié)
隨著硬件成本的降低以及管理部署技術(shù)的簡(jiǎn)化， 高性能計(jì)算的發(fā)展越來(lái)越引人注目。根據(jù)IDC公司市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告顯示：在2004年，只有16%左右或者1650000臺(tái)處理器安裝HPC系統(tǒng)；而在去年，就有大約3350,000臺(tái)或者超過(guò)26%的處理器安裝了這類系統(tǒng)。目前Altair Engineering Inc.、Cluster Resources Inc.、Platform Computing等多家相關(guān)行業(yè)企業(yè)都已宣布支持WHS2008，而Panasas、Quantum Corp StorNext、HP PolyServe、Sanbolic的集群文件系統(tǒng)均得到該系統(tǒng)的支持，IBM的IBM GPFS也將在不久后加入這一行列。

最新的WHS2008集群服務(wù)器，為并行應(yīng)用程序創(chuàng)建了開(kāi)發(fā)環(huán)境，也使客戶在現(xiàn)有的環(huán)境中更容易的集成應(yīng)用程序。正像微軟的HPC總經(jīng)理Kyril Faenov說(shuō)的，HPC系統(tǒng)會(huì)幫助商業(yè)伙伴達(dá)到一個(gè)更廣闊的層面。