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292学苑论衡一、概述并行计算是高性能计算的代表，是一个国家经济和科技实力的综合体现，也是促进经济、科技发展，社会进步和国防安全的重要工具，是世界各国竞相争夺的战略制高点。
受半导体发热效应的影响，单处理器上的运算速度已经达到极限。
2003年以后，“多核”的并行计算架构逐步成为人类追求更高计算性能的重要途径，并在行业中迅速普及。
并行计算一直应用于航天、国防、气象、能源等国家级重大科研项目，成为“贵族产品”。
随着微电子技术的发展，使用微处理器构建并行计算系统的成本不断下降。
同时，互联网和物联网的发展使高性能计算在“大众市场”的需求日益迫切，Hadoop 的诞生让并行计算“大众化”成为现实，并催生了云计算和大数据。
产业的迅速发展刺激着人才需求的变化，并行计算人才需求开始由研究生向本科生延伸。
总之，无论是计算性能发展的要求，还是产业发展的需求，都给计算机人才的培养带来了重大的影响。
具体的影响是什么？本科教育如何应对？文章就这些问题做了进一步的探讨。
二、并行计算综述（一）并行计算的定义并行计算（Parallel Computing）是一种相对于串行的计算模式，是指使用多种计算资源并行性地解决问题的过程。
狭义上的并行计算尤指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，它的基本思想是用多个处理器来协同求解同一问题，即将被求解的问题分解成若干个部分，各部分由一个独立的处理机来并行处理。
（二）并行计算的层次架构时间重叠、资源重复和资源共享是并行计算的三种实现技术。
可以在处理单元、CPU、板载和主机等级别上重复资源构建并行架构。
（1）处理单元级并行即以处理单元（PU）为资源重复单位在CPU 内部实现并行计算。
比如阵列处理机、向量处理机和图形处理器（GPU）。
（2）CPU 级并行以CPU 为资源重复单位建立并行架构，即多处理机系统。
比如共享存储模式的对称多处理机（SMP 系统）和分布式存储模式的大规模并行处理机（MPP）系统。
高性能计算集群方案引言高性能计算（High Performance Computing，HPC）是指利用大规模的计算机群集，通过并行计算方法解决复杂科学、工程和商业问题的一种计算模式。
为了提高计算效率，构建一个高性能计算集群是非常重要的。
本文将介绍一种高性能计算集群方案，该方案包括硬件设备的选择、软件平台的搭建以及集群管理的方法。
硬件设备选择搭建高性能计算集群的第一步是选择适合的硬件设备。
在选择硬件设备时，需要考虑以下几个因素：1. 处理器高性能计算集群的处理器是关键的硬件组成部分。
在选择处理器时，需要考虑其计算能力、核心数量、功耗以及成本等因素。
目前，常见的选择包括Intel Xeon、AMD EPYC等。
2. 内存集群的内存容量直接影响到计算任务的并行性和数据处理能力。
需要根据具体需求选择适当的内存容量，一般建议每个节点的内存容量应满足最大计算任务的内存需求。
3. 网络高性能计算集群需要使用高速网络进行节点间的数据通信。
目前常用的网络技术包括以太网（Ethernet）、InfiniBand等。
网络的带宽、延迟以及可扩展性都是选择网络技术时需要考虑的因素。
4. 存储对于高性能计算集群来说，快速的存储系统对于数据读写的效率至关重要。
可以选择使用固态硬盘（SSD）作为主存储，同时使用磁盘阵列（RAID）进行数据备份和冗余。
软件平台搭建搭建高性能计算集群的第二步是搭建软件平台。
软件平台需要提供集群管理、作业调度以及并行计算等功能。
1. 集群管理软件集群管理软件可以协调和控制集群中的各个节点。
常见的集群管理软件有Slurm、OpenPBS等，可以根据实际需求选择合适的软件。
2. 作业调度软件为了提高集群资源的利用率，需要使用作业调度软件进行任务调度和节点分配。
常见的作业调度软件有Torque、Moab等，根据需求选择合适的软件。
3. 并行计算软件高性能计算集群需要支持并行计算，因此需要安装相应的并行计算软件。
毕业论文论文题目（中文）Beowulf集群的研究与搭建论文题目（外文）Research and construction of Beowulf clusterBeowulf集群的研究与搭建摘要随着信息产业的不断发展，单台计算机的性能和稳定性越来越好，但是有些任务单台计算机还是难以完成，为此，一些人想到了用普通的PC机通过某种方式结合起来，形成一个高性能的系统，这种系统就叫做集群。
集群系统使用方便，对软件、硬件设备的要求比较低，而且还价格低廉，适合于用来代替昂贵的超级计算机。
而Beowulf集群系统是基于广泛应用于通用网络环境下由一些微机组成的计算机群系统，它可以运行于多种操作系统（如Linux、Windows等）。
作为一个高性能的计算系统，它具有很多优点，例如：廉价，易管理，性价比高等。
在本文中，主要研究了Beowulf集群的框架与组成、在Linux操作系统下Beowulf集群系统的手工搭建方法，利用实验室现有的硬件设备和软件技术支持，设计并实现了一种基于Linux和MPI的集群系统。
首先，本文详细研究了Beowulf集群的起源、分类与体系结构，从硬件支持、网络设计、环境配置等方面入手，研究并设计搭建Beowulf集群。
从并行计算作为切入点，在了解了基于MPI和Linux集群系统的基本原理和思想，介绍了实现并行计算和集群中间件的几种关键技术。
其次，利用简便的硬件资源，合理的运用Linux系统的软件技术，通过配置硬件环境、分配网络地址、合理设置节点等，纯手工搭建Beowulf集群。
最后，提出了可以采用基于静态分配和动态分配这两种分配策略去设计并行测试程序来检测集群的性能。
可以用加速比来衡量集群系统的优劣。
关键词：MPI；Beowulf；并行计算；集群系统；LinuxResearch and construction of Beowulf clusterAbstractWith the development of information industry, a single computer performance and better stability, but some of the tasks a single computer is difficult to complete, therefore, some people thought combined with ordinary PC in some way, the formation of a high performance system, this system is called cluster. The cluster system is easy to use and has low requirements on software and hardware, and it is also cheap, which is suitable for replacing expensive super computers.The Beowulf cluster system is based on the widely used in the general network environment by a number of computer composed of computer group system, it can run in a variety of operating systems (such as Linux, Windows, etc.). As a high performance computing system, it has many advantages, such as cheap, easy to manage, cost-effective. In this paper, the main research frame and components, in the Linux operating system of Beowulf cluster system manual method of building Beowulf cluster, using existing laboratory hardware and software technology support, the design and implementation of a cluster system based on MPI and Linux.First of all, this paper studies the origin, classification and architecture of Beowulf cluster in detail, from the aspects of hardware support, network design, environment configuration and so on, the research and design of Beowulf cluster. From the point of view of parallel computing, this paper introduces the basic principles and ideas of MPI and Linux cluster system, and introduces several key technologies of parallel computing and cluster middleware.Secondly, by using simple hardware resources, reasonable use of the Linux system software technology, through the configuration of the hardware environment, the allocation of network address, the rational setting of nodes, etc., manually set up Beowulf clusters.Finally, it is proposed that two kinds of allocation strategies based on static allocation and dynamic allocation can be used to design the parallel test program to test the performance of the cluster. Can be used to measure the acceleration ratio of the advantages and disadvantages of the cluster system.Key words: MPI; Beowulf; Parallel Computing; Cluster System; Linux目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)引言 (6)第一章 Beowulf集群简介 (7)1.1 什么是Beowulf集群 (7)1.2 Beowulf集群的分类 (8)1.2.1第一类Beowulf集群 (8)1.2.2第二类Beowulf集群 (8)第二章 Beowulf集群体系结构 (9)2.1 Beowulf集群硬件与网络 (11)2.2 Beowulf集群软件 (12)2.3 Beowulf集群应用 (12)第三章手工搭建Beowulf集群 (14)3.1 硬件环境配置 (14)3.2 网络设计与节点分配 (14)3.3 搭建服务器与安装MPI (15)第四章性能测试 (18)参考文献 (18)致谢 (19)论文(设计)成绩 (20)引言随着信息产业的快速发展，计算机的性能在不断地提高，并行计算在工程处理、大数据计算、科学研究等很多领域产生了巨大的影响。
并行计算：利用多核处理器和集群提高性能并行计算是指同时利用多个处理器或计算机集群来并行处理计算任务的一种计算模式。
随着多核处理器和集群计算技术的发展，越来越多的应用程序开始采用并行计算技术来提高性能和效率。
本文将从多核处理器和集群计算的原理、优势及应用领域等方面进行深入分析，并探讨并行计算在未来的发展趋势和挑战。
一、多核处理器的原理及优势1.多核处理器的原理多核处理器是指在一个物理芯片上集成了多个处理核心，每个核心都可以独立执行指令和处理数据。
多核处理器的原理是通过并行处理多条指令来提高系统的性能和效率。
当一个核心在执行一条指令时，其他核心可以同时执行其他指令，从而实现并行处理。
2.多核处理器的优势多核处理器的优势主要体现在以下几个方面：（1）提高性能：多核处理器能够同时执行多个任务，从而大大提高了系统的计算速度和响应能力。
（2）节省能源：相比传统的单核处理器，多核处理器在执行相同任务时可以实现更高的能效比，从而节省了能源。
（3）增强可靠性：多核处理器通过分布式处理和故障容忍等技术可以提高系统的可靠性和稳定性。
（4）降低成本：多核处理器的集成化设计可以降低系统的成本，提高系统的性价比。
二、集群计算的原理及优势1.集群计算的原理集群计算是指通过连接多台计算机来构建一个高性能计算系统，各个计算节点之间通过网络连接进行数据传输和协同计算。
集群计算的原理是通过将大规模的计算任务分解成多个小任务，然后分配给不同的计算节点并行处理，最后将结果合并输出。
2.集群计算的优势集群计算的优势主要体现在以下几个方面：（1）可扩展性：集群计算系统可以根据应用需求动态扩展计算节点，以满足不同规模和复杂度的计算任务。
（2）高性能：集群计算通过并行处理和数据分布式存储等技术可以实现高性能的计算和数据处理。
（3）灵活性：集群计算可以根据应用需求选择不同的计算节点和网络拓扑，以实现不同的计算模式和数据流程。
（4）成本效益：集群计算系统可以通过利用廉价的商用计算机和网络设备来构建高性能的计算平台，从而降低了系统的运维成本和投资成本。
