Beowulf Cluster Computing with Linux, 2nd Edition (Scientific and Engineering Computation)

Beowulf Cluster Computing with Linux, 2nd Edition (Scientific and Engineering Computation) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:The MIT Press
作者:William Gropp
出品人:
页数:660
译者:
出版时间:2003-12-01
价格:USD 45.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780262692922
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机
  • linux、hacker
  • Beowulf
  • Cluster Computing
  • Linux
  • High-Performance Computing
  • Parallel Computing
  • Scientific Computing
  • Engineering Computation
  • Distributed Systems
  • Open Source
  • Networking
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具体描述

Use of Beowulf clusters (collections of off-the-shelf commodity computers programmed to act in concert, resulting in supercomputer performance at a fraction of the cost) has spread far and wide in the computational science community. Many application groups are assembling and operating their own "private supercomputers" rather than relying on centralized computing centers. Such clusters are used in climate modeling, computational biology, astrophysics, and materials science, as well as non-traditional areas such as financial modeling and entertainment. Much of this new popularity can be attributed to the growth of the open-source movement.The second edition of Beowulf Cluster Computing with Linux has been completely updated; all three stand-alone sections have important new material. The introductory material in the first part now includes a new chapter giving an overview of the book and background on cluster-specific issues, including why and how to choose a cluster, as well as new chapters on cluster initialization systems (including ROCKS and OSCAR) and on network setup and tuning. The information on parallel programming in the second part now includes chapters on basic parallel programming and available libraries and programs for clusters. The third and largest part of the book, which describes software infrastructure and tools for managing cluster resources, has new material on cluster management and on the Scyld system.

深入浅出:高性能计算的基石——Linux集群架构与实践指南 书名: Linux集群架构与实践:从理论到部署的高性能计算核心技术 作者: [此处可填入虚构作者名] 出版社: [此处可填入虚构出版社名] 页数: 约 800 页 --- 内容概述:构建下一代计算基础设施的全面手册 本书旨在为系统架构师、高性能计算(HPC)工程师、科研人员以及希望构建和维护高效率、大规模并行计算环境的技术专业人士,提供一套全面、深入且高度实用的技术指南。我们聚焦于当前业界最主流、最灵活的集群操作系统——Linux,详细阐述如何从零开始设计、部署、优化和管理一个企业级或科研级的Linux集群。 本书彻底摒弃了单一特定软件栈的局限性,转而关注构建健壮、可扩展、高性能计算系统的基础架构原理和通用工程实践。内容涵盖了从硬件选型到软件生态搭建的每一个关键环节,确保读者不仅理解“如何做”,更能洞察“为何如此做”。 第一部分:集群基础与硬件选型哲学 本部分奠定了构建高性能计算系统的基石。我们首先探讨了现代HPC工作负载的特性,并据此分析不同硬件架构(如CPU拓扑、内存层级、异构计算单元)对整体性能的潜在影响。 核心章节细述: 1. HPC系统设计原则: 延迟、带宽、可扩展性与成本效率的权衡艺术。深入剖析系统瓶颈的识别方法论,包括I/O限制型、内存限制型和计算限制型任务的区分。 2. 现代服务器硬件深度解析: 探讨多路CPU系统的NUMA(非统一内存访问)架构,内存类型(DDR5/HBM)对延迟敏感型应用的影响。详细对比Intel Xeon、AMD EPYC等主流处理器在并行计算场景下的特性差异。 3. 高速互连技术选型与拓扑结构: 这是集群性能的关键所在。本书细致分析了高速以太网(如RoCE、iWARP)、InfiniBand(IB)技术的演进,重点讲解了Fat-Tree、Torus、Hypercube等经典与现代互连拓扑的优劣。不涉及特定厂商的专有实现,而是侧重于协议层面的性能优化思路。 4. 存储系统架构对比: 深入比较本地存储(NVMe/SSD)、共享文件系统(如Lustre、GPFS/Spectrum Scale的通用设计原理)和对象存储在HPC环境中的适用性。重点讲解数据局部性原则对应用性能的影响。 第二部分:Linux核心定制与系统级优化 本部分是本书的灵魂,聚焦于如何将通用Linux发行版(如CentOS Stream/Rocky Linux/Ubuntu LTS)转化为高效的计算平台。我们强调系统内核参数调优是实现“接近裸机性能”的关键步骤。 核心章节细述: 1. 内核调优的艺术: 详尽介绍`/proc`, `/sys`文件系统中的关键参数。如何配置内核调度器(如CFS的深度优化)、内存管理策略(Swappiness、HugePages的部署与管理),以及中断亲和性设置以最小化上下文切换开销。 2. 网络栈深度优化: 针对低延迟通信需求,讲解TCP/IP栈的绕过技术(User-level Networking),以及如何通过`ethtool`和内核参数优化NIC(网络接口卡)的队列深度和中断合并策略。 3. 系统级安全与资源隔离: 探讨在多用户HPC环境中,使用cgroups v2进行资源限制和隔离的实践。如何有效地控制CPU时间、内存使用和网络带宽,确保公平性与稳定性。 4. 高性能启动与初始化: 研究Systemd服务的优化加载顺序,最小化集群启动时间和维护窗口。自定义内核模块的编译与加载策略。 第三部分:并行编程模型与软件栈构建 理解硬件和操作系统后,本部分引导读者如何在其上构建和运行高效的并行应用程序。我们关注的是底层编程接口和编译器环境的管理,而非某个特定应用软件的配置。 核心章节细述: 1. 并行编程接口与环境配置: 详细分析MPI(消息传递接口)的标准、实现选择(如MPICH, Open MPI)及其在不同网络上的性能调优。讲解OpenMP的内存模型与编译器指令。 2. 异构计算环境(GPU/加速器)的通用接口: 探讨CUDA、OpenCL等异构编程模型的通用抽象层和驱动程序管理策略。如何构建一个能够透明适配多种加速器的软件环境。 3. 编译工具链的优化: 深入探讨GNU Compiler Collection (GCC) 和 LLVM/Clang 的高级优化标志。如何针对特定的CPU微架构(如AVX-512、向量扩展)生成高度优化的二进制代码。 4. 构建模块化软件环境: 介绍环境管理系统(如Spack, Environment Modules)的部署与最佳实践,确保用户可以安全、隔离地使用不同版本的库和编译器。 第四部分:工作负载管理与集群调度 一个生产级集群需要一个高效的资源协调者。本部分重点分析现代集群调度系统的核心机制,侧重于算法和策略的实现,而非某个特定调度器的GUI配置。 核心章节细述: 1. 调度系统核心原理: 探讨先进的调度算法,如公平共享调度(Fair-Share)、优先级抢占和作业依赖性管理。 2. 资源预留与配额管理: 如何实现复杂的配额策略,确保关键任务的SLA(服务等级协议)。 3. 容错与作业监控框架: 探讨如何通过集成系统日志和监控工具(如Prometheus/Grafana的底层数据采集)构建主动式的集群健康监测体系。分析作业失败时的恢复策略。 总结 《Linux集群架构与实践:从理论到部署的高性能计算核心技术》是一本面向深度技术实践的参考书。它为读者提供了一套跨越硬件、操作系统、网络和软件栈的整体化视角,旨在培养读者构建、优化和驾驭下一代Linux驱动的高性能计算集群的硬核能力。本书的重点在于基础原理的掌握与系统级调优的深度,而非对特定商业软件的简单介绍。

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