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理论化学高性能计算集群的组建与应用研究

作　者: 王钦
导　师: 霍严梅
学　校: 吉林大学
专　业: 软件工程
关键词: 高性能计算理论化学 IBM eServer P575 集群
分类号: TP338
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

高性能集群的应用非常的广泛,一般用在高计算量,密集型任务中。在现实应用上,高性能集群一般用于理论化学,量子物理,气象预报,气候研究,分子模拟(计算分子结构和生物学特性的化合物,高分子,聚合物和晶体等),物理模拟(如模拟在风洞中的飞机工作状况,模拟爆轰,核武器研究,核聚变研究)等问题的研究上。化学已经发展成为实验与理论并重的科学,理论化学可以更深刻地揭示实验结果的本质并阐述规律,理论化学的每一次重大突破,都推动和影响整个化学学科及相关学科的发展,理论化学和实验化学已成为推进化学发展的双翼。1998年诺贝尔化学奖授予两位量子化学家W. Kohn和J. A. Pople,理论化学计算方法已经成为化学、物理和生命科学等基础学科研究以及药物、材料工业研发等不可或缺的组成部分。现在,理论化学研究的重大进展使整个化学正在经历着一场革命性变化。如今,高性能计算已经成为理论化学计算应用的重要手段,国家也不断的加大投入,从最早只能从国外进口设备,到国内企业不断涌现追赶,实验室使用的高性能集群,从国内的曙光5000A,联想1800,浪潮天梭到国外SGI3800,3900,在我国高性能计算事业发展步伐加快,对于高性能计算平台搭建的案例非常的少,尤其是采用HP、IBM等国外大公司设备的案例更加的少见,文章通过采用多台IBM eServer P575小型机组建应用于理论化学计算的高性能平台,是一种新的尝试。本文将重点介绍采用IBM eServer P575小型机组建集群具体实施方法,并在其上安装化学软件,进行调试,进行运算和运算对比。分析在实际使用中,对于不同构造的高性能集群应如何更合理使用。本文反映了作者的主要研究成果,包括以下内容:一、深入细致的介绍了以多台IBM eServer P575小型机组建高性能集群的方法,在全国范围内,这是同时期内第一个采用IBM Power5系列处理器小型机的案例,并且使用多台组建集群。二、为集群安装AIX5L操作系统,该系统源于大型机,具有系统高完整性,系统可管理性和高可用性。并采用GPFS文件系统,在软件层面提高对数据的存储使用高速稳定性,利用IBM LoadLeveler进行作业调度平衡系统负载,提高作业提交效能。三、详细介绍应用于高性能计算的理论化学软件在集群上的安装方法和配置过程,以及实用中的注意事项。理化软件使用者很多,但是由于商业软件的价格动辄数十万,针对个人用户很多都是使用盗版破解版,并没有详细的安装方法,并且即使拥有正版版权的用户也很少同样拥有大规模集群用于计算。本文的工作为用户提供了有益的参考。四、在组建高性能集群系统上进行应用实例的测试,对集群上使用不同资源情况下,软件可用性对比分析,并得到了宝贵的实验结论,为如何更合理的使用集群资源提出了更多设想。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章概述  10-16
  1.1 集群的定义  11
  1.2 集群的类别  11-12
  1.3 集群的系统软件  12-13
  1.4 并行文件系统  13-14
  1.5 集群调度软件  14
  1.6 组建IBM 集群与SGI，浪潮间的异同点  14
  1.7 小结  14-16
第2章系统总体设计规划  16-22
  2.1 集群拓扑结构  16-17
  2.2 机架命名规则  17
  2.3 以太网线标签设置  17-18
  2.4 zoning 划分  18-19
  2.5 网络地址/标号设计  19-21
    2.5.1 Cluster Service VLAN  19-20
    2.5.2 Cluster Admin VLAN  20
    2.5.3 GPFS Gigabit VLAN  20-21
    2.5.4 Login Node Service LAN:  21
  2.6 小结  21-22
第3章集群系统软件安装和用户管理  22-29
  3.1 检查并升级HMC 软件的FIRMWARE 微码版本到最新  22
  3.2 安装Management Server  22-24
    3.2.1 安装管理集群节点的AIX 和CSM 软件  22
    3.2.2 注册主机名  22-23
    3.2.3 更新$PATH 和$MANPATH 环境变量  23
    3.2.4 创建/csminstall 文件系统  23
    3.2.5 增加/var 文件系统空间  23-24
    3.2.6 接受 CSM 软件许可  24
    3.2.7 拷贝 CSM 文件到/csminstall 目录下  24
    3.2.8 设置集群 ID  24
  3.3 配置Management Server 为DHCP 服务器  24-25
    3.3.1 设置管理集群节点的en0 的IP 地址  24
    3.3.2 编辑/etc/dhcpsd.cnf 文件  24-25
    3.3.3 编辑/etc/inetd.conf 文件  25
    3.3.4 在管理集群节点上启动dhcpsd  25
    3.3.5 储存硬件控制用户和密码到CSM 数据库  25
  3.4 网络安装AIX 操作系统  25-26
    3.4.1 使用网络安装第一个节点AIX 操作系统  25-26
    3.4.2 配置第一个节点的AIX  26
    3.4.3 使用第一个节点的mksysb 安装其他节点  26
  3.5 GPFS 文件系统的配置  26-27
  3.6 用户管理  27-28
    3.6.1 全局用户统一管理  27
    3.6.2 用户主目录  27-28
    3.6.3 创建/删除用户  28
  3.7 遇到的问题  28
  3.8 小结  28-29
第4章理论化学计算在高性能集群上的应用实例  29-44
  4.1 理论化学计算在高性能集群所使用的软件  29-32
  4.2 根据研究方向介绍软件安装及测试  32-41
    4.2.1 激发态的理论方法与光电材料设计方向  32-35
    4.2.2 化学微观过程及反应控制规律方向  35-36
    4.2.3 从团簇到纳米体系的结构与性能及分子设计方向  36-37
    4.2.4 聚合物多尺度结构与动力学模拟方向  37-39
    4.2.5 复杂生物体系的计算机模拟方向  39-41
  4.3 在IBM eServer P575 cluster 上提交作业  41-42
    4.3.1 目前设置的队列  41
    4.3.2 如何使用排队方式提交作业  41-42
  4.4 应用测试结果分析  42-43
  4.5 小结  43-44
第5章总结与展望  44-46
参考文献  46-47
作者简介及在学期间所取得的科研成果  47-48
致谢  48

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