CN102546813B - 一种基于x86 PC架构的高性能集群计算系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于x86架构PC平台的高性能集群计算系统，包括第一接入交换机和第二接入交换机，至少两台基于x86架构PC平台的服务器以及用于放置交换机和服务器的计算机柜，其中，每台服务器配置专用的业务数据端口和文件数据端口，业务数据端口和文件数据端口分别连接到不同的交换机用于进行业务数据和文件数据的传输，所述业务数据端口和文件数据端口被配置在不同的网段中，以扩展I/O带宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种大规模集群计算能力平台，具体涉及一种x86PC架构的高性能集群计算系统。
背景技术
云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。提供资源的网络被称为“云”。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。
随着云计算时代的到来，大型乃至超大型互联网数据中心(InternetDataCenter,IDC)的将不断出现。IDC是基于互联网网络，为集中式收集、存储、处理和发送数据的设备提供运行维护的设施以及相关的服务体系。IDC提供的主要业务包括主机托管(机位、机架、VIP机房出租)、资源出租(如虚拟主机业务、数据存储服务)、系统维护(系统配置、数据备份、故障排除服务)、管理服务(如带宽管理、流量分析、负载均衡、入侵检测、系统漏洞诊断)，以及其他支撑、运行服务等。
如何有效快速部署计算节点，如何评估采购适合的服务器，以及如何有效降低IDC机房服务器的采购成本和维护成本等问题，是IDC运营商当前面临的主要问题之一。
同时，使用非x86架构的服务器会造成成本的上升和二次开发以及维护的不便，由此，亟需提供一种基于x86PC架构平台的高性能集群计算系统以支持IDC对于高性价比云计算设备的需求。
发明内容
本发明提供一种基于x86架构PC平台的高性能集群计算系统，包括第一接入交换机和第二接入交换机，至少两台基于x86架构PC平台的服务器以及用于放置交换机和服务器的计算机柜，其特征在于：
每台所述服务器包括至少两个网络端口，一个作为业务数据端口，另一个作为文件数据端口；
所述第一接入交换机和所述第二接入交换机的网络端口分别被分为两个部分，一部分用作业务数据端口，另一部分作为文件数据端口；
所述服务器被分为两组，第一组服务器的业务数据端口连接到第一接入交换机的业务数据端口，第一组服务器的文件数据端口连接到第二接入交换机的文件数据端口；第二组服务器的业务数据端口连接到第二接入交换机的业务数据端口，第二组服务器的文件数据端口连接到第一接入交换机的文件数据端口；第一接入交换机与第二接入交换机通过交换网络端口连接通信；
其中，所述交换机被配置以使得所述业务数据端口和文件数据端口位于不同的网段中，业务数据和文件数据相互隔离。
基于本发明的另一个方面，提供一种基于x86架构PC平台的高性能集群计算系统，包括第一汇聚交换机和第二汇聚交换机以及至少两个机柜式服务节点，其特征在于：
所述机柜式服务节点包括第一接入交换机和第二接入交换机，至少两台基于x86架构PC平台的服务器以及用于放置交换机和服务器的计算机柜，其中：
每台所述服务器包括至少两个网络端口，一个作为业务数据端口，另一个作为文件数据端口；
所述第一接入交换机和所述第二接入交换机的网络端口分别被分为两个部分，一部分用作业务数据端口，另一部分作为文件数据端口；
所述服务器被分为两组，第一组服务器的业务数据端口连接到第一接入交换机的业务数据端口，第一组服务器的文件数据端口连接到第二接入交换机的文件数据端口；第二组服务器的业务数据端口连接到第二接入交换机的业务数据端口，第二组服务器的文件数据端口连接到第一接入交换机的文件数据端口；第一接入交换机与第二接入交换机通过交换网络端口连接通信；
所述交换机被配置以使得所述业务数据端口和文件数据端口位于不同的网段中，业务数据和文件数据相互隔离；
所述第一汇聚交换机分别与多个机柜服务节点内的第一接入交换机连接通信，第二汇聚交换机分别与多个机柜服务节点的第二接入交换机连接通信，第一汇聚交换机和第二汇聚交换机之间通过主交换链路通信，由此各机柜之间可以通过汇聚交换机构建为统一的业务链路网络和文件通信网络。
对于如上两种方案，其中，所述机柜为19英寸42U服务器机柜；所述交换机和所述服务器为19英寸机架式设备。
其中，所述服务器具有x86架构多核处理器、大于16G的内存、至少两块本地硬盘、至少2个PCI-E扩展槽量，至少2个100/1000M自适应网络控制器，同时提供2-4个RJ45接口，以及冗余电源。
其中，在具体应用时，将所述集群计算系统被用于构建为分布式缓存系统，
所述服务器中选取两台服务器配置为配置服务器，其中配置服务器作为元数据管理的服务器，两台配置服务器互为热备份防止出现故障导致服务中断，剩余服务器被配置为数据服务器，数据服务器每三台为单位构成基本计算处理模块，在每个基本计算处理模块中，一台数据服务器作为主服务器，另外两台作为其备份服务器；
其中，所述配置服务器包括：
存储节点管理模块，根据管理员配置用于对数据服务器的增减进行管理并根据变化更新数据服务器信息列表以及建立用于数据缓存寻址的数据分布表；
备份及故障管理模块用于进行配置服务器的数据备份以及故障恢复；
通信管理模块用于提供对于用户通信和对数据服务器的通信；
配置管理模块用于读取配置信息，在启动时根据预先确定的配置文件设定基本计算模块以及各基本计算模块中服务器的主备用关系；
所述数据服务器包括：
通信管理模块，用于提供对于用户的数据通信和对配置服务器的业务通信；
备份管理模块，用于将写入所属计算模块中主服务器的数据备份到该计算模块的备用服务器，将从所属计算模块中主服务器的删除的数据相应也在备用服务器删除；
持久化管理模块，用于定期将服务器内存中的数据写入本地硬盘；
过期处理管理模块，用于按预定条件将过期的缓存数据删除。
其中，数据服务器还在配置服务器通知数据节点配置发生变化时提供数据的迁移。
本发明的所述集群计算系统可以降低IT设备投资，分散整个文件系统I/O热点，降低了I/O竞争，扩展了I/O带宽，同时提高数据的可用性。
附图说明
图1是本发明第一实施例的整体外观结构图；
图2是本发明第一实施例的拓扑结构框图；
图3是本发明第二实施例的拓扑结构框图；
图4是本发明第三实施例的拓扑结构框图；
图5是本发明第三实施例所述配置服务器的结构框图；
图6是本发明第三实施例所述数据服务器的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。应当理解本部分仅仅选取实施例对于本发明的原理进行示例性说明，而非用于限制本发明。凡在本发明原理和思路之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均包含于本发明的保护范围之内。并以本申请权利要求书为准。
图1示出了本发明具体实施例的基于x86PC架构的高性能集群计算系统的整体外观结构图。所述基于x86PC架构的高性能集群计算系统包括交换机、服务器以及用于放置交换机和服务器并辅助两者连接的机柜。
其中，机柜采用19英寸42U服务器机柜，并具体配置如下：尺寸采用宽×深×高：600mm×1070mm×2000mm；承重能力大于800kg；机柜安装立柱位置可调；进线方式：可下进线，也可上进线；出线方式：后出线或前出线、下出线或上出线；左右侧板、前后门可以拆；前后门采用可拆卸网孔门。
交换机在实施例中采用19英寸机架式设备，并具体配置如下：支持线速转发；支持10/100M/1000M速率自适应；支持双工/半双工模式自适应；支持MDI/MDI-X线缆交叉自适应，避免了对交叉线缆或上行端口的特别要求；支持IEEE802.3x全双工流控、支持半双工模式背压流控；支持SPF光纤接口模块；支持VLAN控制、QOS保证的机制，流量限制、802.1x；具有端口汇聚功能以及端口镜像功能；背板带宽大于64Gbps；电源可适配AC交流：100～240VAC，50～60Hz。
服务器基于x86架构构建，构建为外形适合19英寸机架安装，配置Intel多核处理器，单个机柜配置多余2台的服务器，每台服务器内存大于16G；设置至少两块本地硬盘，单块硬盘容量大于146G，服务器PCI-E扩展槽数量至少2个，配置2-4个100/1000M自适应控制器作为网络控制器，同时提供2-4个RJ45接口，为了保证供电安全性，服务器配置1+1冗余电源。同时服务器还需支持双网卡绑定。当然以上配置仅仅是本实施为举例说明而罗列，实际应用中，服务器性能指标根据实际应用需求进行调整。
图2示出了基于单个机柜构建的集群计算系统的拓扑框图。在单个机柜中配置两台服务器，以及多台服务器，其中为每台服务器配置至少两个网络接口，一个作为业务端口，另一个作为数据端口，业务端口用于收发与云计算/分布式计算相关的业务数据，例如进行数据操作的相关指令消息等等，同时数据端口专用于进行数据的收发。服务器被分为两组，同一组中的服务器的业务端口连接到一个交换机的相应业务端口，同时该组中的服务器的数据端口连接到另一个交换机的数据端口。两台交换机通过交换链路进行数据交换从而实现所有服务器构成网络。在配置机柜时，通过VLAN划分将业务数据网络流量和文件系统数据网络流量隔离，使得业务数据通信和文件系统通信在两个不同的网段进行。机柜由此构成了由业务链路构成的专门传递业务数据的业务链路网络和由数据链路专门进行文件系统通信的文件通信网络。由此避免两种通信之间的冲突和资源争用。
图3示出了基于多个机柜构建的集群计算系统的拓扑框图。图中示出4个机柜，实际应用中可以根据需要调整机柜数量以及每台机柜的服务器数量。为了基于多个机柜构建更大规模的集群计算系统，需要在机柜外增加两台交换机作为汇聚交换机以实现在机柜之间的数据交换。如图3所示，左侧的第一汇聚交换机分别与多个机柜内的第一接入交换机连接通信，右侧的第二汇聚交换机分别与多个机柜的第二接入交换机连接通信，第一汇聚交换机和第二汇聚交换机之间通过主交换链路通信，由此各机柜之间可以通过汇聚交换机构建为统一的业务链路网络和文件通信网络。
由此基于x86架构PC平台的高性能集群计算系统构建完成，其可以用于构建各类云计算相关应用。以下以分布式缓存系统为例做具体说明。分布式缓存系统是云存储技术的一个具体概念，其通常为了解决数据库服务器和web服务器之间的瓶颈。分布式缓存系统使用CARP(CachingArrayRoutingProtocol)技术，让多台缓存服务器形同一台，并且不会造成数据重复存放的情况。使用本发明的高性能集群计算系统构建分布式存储系统的服务器端如图4所示。从多个服务器中选取两台配置为配置服务器。配置服务器做为元数据管理的服务器，主要对数据的分布和复制以及迁移进行统一管理，两台配置服务器互为热备份防止出现故障导致服务中断。同时，每三台服务器为单位构成基本计算处理模块，作为数据服务器使用，在每个基本计算处理模块中，一台服务器作为主服务器，另外两台作为其备份。数据服务器为数据节点提供服务，主要处理客户端的请求，体供数据的读取、存储、删除等操作，同时还支持了数据的复制，根据数据分布表，会把负责的主服务器的数据发送到对应的备份服务器所在节点。通过配置服务器读入集群中数据服务器节点信息，根据预先确定的配置文件设定基本计算模块以及各基本计算模块中服务器的主备用关系，据此建立数据分布表方便进行数据缓存寻址。数据服务器接受配置服务器管理从业务端口接受存储管理信息和存储监控信息，从数据端口进行数据的读取和写入缓存，同时根据预定条件(例如缓存满了)进行过期数据的删除，以及根据预定策略条件(例如，数据访问次数较多)对缓存数据进行持久化处理，持久化处理是将内存中的缓存数据写入硬盘。同时数据服务器还在配置服务器通知数据节点配置发生变化时提供数据的迁移，即将集群中某一个服务器的数据迁移到另一个服务器。由此，客户端通过专用接口访问该分布式缓存系统时，可以提供大容量和可靠的缓存服务。
图5示出了配置服务器的软件构成。配置服务器包括存储节点管理模块、备份及故障管理模块、通信管理模块和配置管理模块。其中，存储节点管理模块对节点的增减进行管理并根据节点的变化更新数据服务器信息列表；备份及故障管理模块用于进行配置服务器的数据备份以及故障恢复；通信管理模块用于提供对于用户通信和对数据服务器的通信；配置管理模块用于读取配置信息，在启动时对系统进行初始配置。
图6示出了数据服务器的软件构成。数据服务器包括持久化管理模块、备份管理模块、通信管理模块和过期处理管理模块。其中，通信管理模块用于提供对于用户的数据通信和对配置服务器的业务通信；备份管理模块用于将写入计算模块中主服务器的数据备份到该计算模块的备用服务器，将从计算模块中主服务器的删除的数据相应也在备用服务器删除；持久化管理模块用于定期将服务器内存中的数据写入本地硬盘；过期处理管理模块按预定条件将过期的缓存数据删除。
通过以上说明，我们可以看到，本发明所提供基于x86PC平台的高性能集群计算系统可以为分布式存储提供具体的实施平台，为IDC运营商以及云计算用户提供高性价比的解决方案。降低了IT设备投资，分散了整个文件系统I/O热点，降低了I/O竞争，扩展了I/O带宽，同时提高了数据的可用性。
Claims (10)
1.一种基于x86架构PC平台的高性能集群计算系统，包括第一接入交换机和第二接入交换机，至少两台基于x86架构PC平台的服务器以及用于放置交换机和服务器的计算机柜，其特征在于：
每台所述服务器包括至少两个网络端口，一个作为业务数据端口，另一个作为文件数据端口；
所述第一接入交换机和所述第二接入交换机的网络端口分别被分为两个部分，一部分用作业务数据端口，另一部分作为文件数据端口；
所述服务器被分为两组，第一组服务器的业务数据端口连接到第一接入交换机的业务数据端口，第一组服务器的文件数据端口连接到第一接入交换机的文件数据端口；第二组服务器的业务数据端口连接到第二接入交换机的业务数据端口，第二组服务器的文件数据端口连接到第二接入交换机的文件数据端口；第一接入交换机与第二接入交换机通过交换网络端口连接通信；
其中，所述交换机被配置以使得所述业务数据端口和文件数据端口位于不同的网段中，业务数据和文件数据相互隔离；
所述集群计算系统被用于构建为分布式缓存系统，具体为：所述服务器中选取两台服务器配置为配置服务器，其中配置服务器作为元数据管理的服务器，两台配置服务器互为热备份防止出现故障导致服务中断，剩余服务器被配置为数据服务器，数据服务器每三台为单位构成基本计算处理模块，在每个基本计算处理模块中，一台数据服务器作为主服务器，另外两台作为其备份服务器。
2.如权利要求1所述的集群计算系统，其特征在于：所述机柜为19英寸42U服务器机柜；所述交换机和所述服务器为19英寸机架式设备。
3.如权利要求1所述的集群计算系统，其特征在于：所述服务器具有x86架构多核处理器、大于16G的内存、至少两块本地硬盘、至少2个PCI-E扩展槽量，至少2个100/1000M自适应网络控制器，同时提供2-4个RJ45接口，以及冗余电源。
4.如权利要求1所述的集群计算系统，其特征在于：所述配置服务器包括：
存储节点管理模块，根据管理员配置用于对数据服务器的增减进行管理并根据变化更新数据服务器信息列表以及建立用于数据缓存寻址的数据分布表；
备份及故障管理模块用于进行配置服务器的数据备份以及故障恢复；
通信管理模块用于提供对于用户通信和对数据服务器的通信；
配置管理模块用于读取配置信息，在启动时根据预先确定的配置文件设定基本计算模块以及各基本计算模块中服务器的主备用关系；
所述数据服务器包括：
通信管理模块，用于提供对于用户的数据通信和对配置服务器的业务通信；
备份管理模块，用于将写入所属计算模块中主服务器的数据备份到该计算模块的备用服务器，将从所属计算模块中主服务器的删除的数据相应也在备用服务器删除；
持久化管理模块，用于定期将服务器内存中的数据写入本地硬盘；
过期处理管理模块，用于按预定条件将过期的缓存数据删除。
5.如权利要求4所述的集群计算系统，其特征在于：数据服务器还在配置服务器通知数据节点配置发生变化时提供数据的迁移。
6.一种基于x86架构PC平台的高性能集群计算系统，包括第一汇聚交换机和第二汇聚交换机以及至少两个机柜式服务节点，其特征在于：
所述机柜式服务节点包括第一接入交换机和第二接入交换机，至少两台基于x86架构PC平台的服务器以及用于放置交换机和服务器的计算机柜，其中：
每台所述服务器包括至少两个网络端口，一个作为业务数据端口，另一个作为文件数据端口；
所述第一接入交换机和所述第二接入交换机的网络端口分别被分为两个部分，一部分用作业务数据端口，另一部分作为文件数据端口；
所述服务器被分为两组，第一组服务器的业务数据端口连接到第一接入交换机的业务数据端口，第一组服务器的文件数据端口连接到第一接入交换机的文件数据端口；第二组服务器的业务数据端口连接到第二接入交换机的业务数据端口，第二组服务器的文件数据端口连接到第二接入交换机的文件数据端口；第一接入交换机与第二接入交换机通过交换网络端口连接通信；
所述交换机被配置以使得所述业务数据端口和文件数据端口位于不同的网段中，业务数据和文件数据相互隔离；
所述集群计算系统被用于构建为分布式缓存系统，具体为：所述服务器中选取两台服务器配置为配置服务器，其中配置服务器作为元数据管理的服务器，两台配置服务器互为热备份防止出现故障导致服务中断，剩余服务器被配置为数据服务器，数据服务器每三台为单位构成基本计算处理模块，在每个基本计算处理模块中，一台数据服务器作为主服务器，另外两台作为其备份服务器；
所述第一汇聚交换机分别与多个机柜服务节点内的第一接入交换机连接通信，第二汇聚交换机分别与多个机柜服务节点的第二接入交换机连接通信，第一汇聚交换机和第二汇聚交换机之间通过主交换链路通信，由此各机柜之间可以通过汇聚交换机构建为统一的业务链路网络和文件通信网络。
7.如权利要求6所述的集群计算系统，其特征在于：所述机柜为19英寸42U服务器机柜；所述交换机和所述服务器为19英寸机架式设备。
8.如权利要求6所述的集群计算系统，其特征在于：所述服务器具有x86架构多核处理器、大于16G的内存、至少两块本地硬盘、至少2个PCI-E扩展槽量，至少2个100/1000M自适应网络控制器，同时提供2-4个RJ45接口，以及冗余电源。
9.如权利要求6所述的集群计算系统，其特征在于：所述配置服务器包括：
存储节点管理模块，根据管理员配置用于对数据服务器的增减进行管理并根据变化更新数据服务器信息列表以及建立用于数据缓存寻址的数据分布表；
备份及故障管理模块用于进行配置服务器的数据备份以及故障恢复；
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持久化管理模块，用于定期将服务器内存中的数据写入本地硬盘；
过期处理管理模块，用于按预定条件将过期的缓存数据删除。
10.如权利要求9所述的集群计算系统，其特征在于：数据服务器还在配置服务器通知数据节点配置发生变化时提供数据的迁移。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100085 Haidian District, Zhongguancun, South Street, No. 6,, building information, floor, No. 16 Applicant after: SI-TECH Information Technology Ltd. Address before: 100085 Haidian District, Zhongguancun, South Street, No. 6,, building information, floor, No. 16 Applicant before: Beijing Digital China SI-TECH Information Technology Co., Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: BEIJING DIGITAL CHINA SI-TECH INFORMATION TECHNOLOGY LTD. TO: BEIJING SI-TECH INFORMATION TECHNOLOGY LTD. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |