Platform：如何構(gòu)建高性能計算云？

　　HPC應(yīng)用是無法"一刀切"的，我們很難簡單地把某類應(yīng)用歸為HPC應(yīng)用，2000年初，計算機應(yīng)用從集中控制的大型主機轉(zhuǎn)向分布式的計算集群就清楚地說明了這一事實。這種做法不僅將普通的商用硬件帶入了HPC領(lǐng)域，也給客戶提供了更多的選擇。HPC用戶可以按照最低需求來構(gòu)建HPC，從而節(jié)省投資成本。你會發(fā)現(xiàn)，有些HPC系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)較少，但每個處理器配備的內(nèi)存較大，帶寬較窄或節(jié)點之間的延時較長；而另一些HPC系統(tǒng)則可能按照不同的參數(shù)要求來設(shè)計，所有這些都是針對應(yīng)用需求量身定做的。

　　然而，對大多數(shù)企業(yè)或IT部門來說，降低成本的壓力都在與日俱增，因此"按用量付費"的云計算.模式也就應(yīng)運而生。問題的關(guān)鍵是，并非所有的計算類型都適合于云架構(gòu)。

　　Rackspace、亞馬遜、Savvis以及其他一些IaaS提供商都采用不同的虛擬化技術(shù)來管理其底層的硬件資源，遺憾的是每家廠商采用的虛擬化技術(shù)是不同的，而且有時是保密的，比如AWSEC2。因此，對HPC應(yīng)用來說，究竟是采用虛擬機還是物理機就成為構(gòu)建HPC云之前需要特別討論的一個問題。

　　虛擬化問題

　　高性能計算（HPC）架構(gòu)師遲遲沒有采用虛擬化技術(shù)的主要原因有兩個：其一是人們通常認(rèn)為的虛擬化會嚴(yán)重影響應(yīng)用程序的性能，虛擬化提升靈活性的優(yōu)點被其降低了應(yīng)用程序吞吐量的缺點所壓倒；其二是傳統(tǒng)的HPC基礎(chǔ)架構(gòu)的利用率已經(jīng)非常高了（通常為80%~95%），因此，通常推動企業(yè)采用虛擬化的動因（提高硬件利用率、整合服務(wù)器或提高許可證利用率）不足以抵消使用虛擬化資源運行工作負(fù)載帶來的復(fù)雜性和費用增加的缺點。

　　然而在很多情況下，HPC架構(gòu)師又愿意犧牲5%的應(yīng)用程序性能來獲得虛擬化帶來的靈活性和彈性。HPC用戶愿意這樣做的主要原因有以下幾個：

　　o安全性--虛擬機可以作為實例添加到虛擬局域網(wǎng)中，或者從虛擬局域網(wǎng)中刪除。一些HPC環(huán)境要求多組用戶之間，甚至用戶本身之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)和宿主相互隔離。傳統(tǒng)的虛擬局域網(wǎng)通常與物理服務(wù)器結(jié)合使用，結(jié)果造成了資源孤島，在變化的負(fù)載環(huán)境中，孤島將導(dǎo)致孤島內(nèi)資源利用率低下。虛擬機和虛擬局域網(wǎng)可以配合使用，把用戶彼此隔離開來，并將數(shù)據(jù)隔離起來，有權(quán)訪問的用戶才可以訪問。

　　o應(yīng)用程序堆�？刂�--很多應(yīng)用程序需要特定的操作系統(tǒng)版本、更新版、代碼庫和配置等。在混合應(yīng)用環(huán)境下，多個應(yīng)用共享同一物理硬件，這種情況下，就很難滿足所有應(yīng)用對特定堆棧的要求。采用虛擬化技術(shù)，這個難題就迎刃而解了，因為，在虛擬化環(huán)境下整個堆�？梢宰鳛閼�(yīng)用程序的一部分來部署。

　　o充分利用高價值資產(chǎn)--在異構(gòu)的HPC系統(tǒng)中，最新（因而最快）的機器常常需求量最大。為了滿足這個需求，一些企業(yè)采用預(yù)留系統(tǒng)以盡量減小用戶之間的沖突。但遺憾的是，這種預(yù)留系統(tǒng)常常沒有得到充分的利用。相比之下，使用虛擬機處理計算作業(yè)時，大多數(shù)虛擬機管理程序內(nèi)部的遷移工具允許機會性工作負(fù)載使用高價值資產(chǎn)，甚至為一個不同的用戶打開了預(yù)留窗口后也可以使用。如果提出預(yù)留要求的用戶最終提交工作負(fù)載，要求處理負(fù)載，機會性工作負(fù)載隨后可以遷移到價值較低的資產(chǎn)，以便繼續(xù)處理，而不浪費任何處理器周期。

　　o處理執(zhí)行時間長的作業(yè)--幾種HPC應(yīng)用程序不提供檢查點重啟功能。然而，虛擬機技術(shù)可以獲取和檢查虛擬機的整個狀態(tài)，以便檢查以前無法檢查的應(yīng)用程序設(shè)置。如果作業(yè)運行時間足夠長，對于整個解決方案來說有一樣的平均無故障時間（MTBF），那么虛擬機內(nèi)部的檢查點工具可能非常吸引人。此外，如果服務(wù)器維護是經(jīng)常進行或具有可預(yù)測性，那么虛擬機內(nèi)部的檢查點遷移或暫停運行時間長的作業(yè)，可以防止計算時間流失，同時消除執(zhí)行常規(guī)服務(wù)器維護工作所面臨的任何障礙。

　　使用HPC云的商業(yè)理由

　　有幾個關(guān)鍵因素促使企業(yè)考慮實施云計算.，這些因素可以幫助企業(yè)削減成本，為內(nèi)部用戶提供更好的服務(wù)。這些因素是：

　　o按使用量付費--客戶可以按照應(yīng)用程序的運行時間或者按使用存儲和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的時間支付費用。

　　o近乎無限的基礎(chǔ)架構(gòu)--幾乎可以實時享用基礎(chǔ)架構(gòu)；反過來，沒有工作負(fù)載時，基礎(chǔ)架構(gòu)可以縮回到近乎零資源。

　　o根據(jù)工作負(fù)載配置資源--可以根據(jù)工作負(fù)載，隨時分配操作系統(tǒng)或服務(wù)器的類型，大幅改進了資源配置方面的靈活性。

　　實施HPC云面臨的障礙

　　盡管云計算.有諸多優(yōu)勢，但是在考慮云計算.是否適合HPC環(huán)境時還有很多障礙需要克服。

　　o安全性和知識產(chǎn)權(quán)--云環(huán)境中的數(shù)據(jù)對商業(yè)企業(yè)來說常常是核心的知識產(chǎn)權(quán)。絕不能忽視這種可能性：商業(yè)競爭對手可能使用相同的共享計算資源。從法律的角度來看，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)泄密，知識產(chǎn)權(quán)保護和賠償條款為云計算.使用者帶來的追索權(quán)很有限。

　　o軟件許可--大多數(shù)商業(yè)企業(yè)使用獨立軟件開發(fā)商（ISV）提供的第三方軟件來運行或管理HPC作業(yè)。這些應(yīng)用軟件在購買時都附有法律協(xié)議，明確了該應(yīng)用程序可以在何處運行，通常都規(guī)定該應(yīng)用程序只能在客戶的場地運行。

　　o數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移--除非企業(yè)完全采用云計算.，棄用自己的數(shù)據(jù)中心，否則用于模擬的模和結(jié)果就必須在云計算.提供商與客戶數(shù)據(jù)中心之間進行傳輸。然而這項工作很復(fù)雜，因為就傳輸大容量文件而言，互聯(lián)網(wǎng)帶寬很有限；而且對大多數(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（IaaS）提供商來說，進出云環(huán)境傳輸?shù)乃�有�?shù)據(jù)都是按字節(jié)數(shù)計費的"收費服務(wù)"。

　　o定價模式--按使用量付費的模式常常對客戶有很大的吸引力，但如果長期使用公共云，其費用通常比在兩年內(nèi)自己擁有和維護硬件的成本貴兩三倍。公司應(yīng)認(rèn)真確定在多長時間內(nèi)使用公共云比使用本地服務(wù)器更有優(yōu)勢。

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