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：其一是人們通常認為的虛擬化會嚴重影響應(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載帶來的復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，在變化的負載環(huán)境中，孤島將導致孤島內(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)用程序堆棧控制--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)境下整個堆棧可以作為應(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)采用預留系統(tǒng)以盡量減小用戶之間的沖突。但遺憾的是，這種預留系統(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載使用高價值資產(chǎn)，甚至為一個不同的用戶打開了預留窗口后也可以使用。如果提出預留要求的用戶最終提交工作負載，要求處理負載，機會性工作負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)工作負載配置資源--可以根據(jù)工作負載，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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