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基于Linux的计算机集群系统的设计与实现
作者：吴玉凤
来源：《软件工程师》2011年第10期
摘要：利用现成计算机构建由四台个人计算机组成的廉价、实用且性能优良的计算机集群。本研究设计是在有四台个人计算机组成的以太局域网内，建立一个基于Redhat9-Linux和MPI的集群计算环境，并在此基础上进行并行计算实验和性能测试。 关键词：Linux；计算机集群；并行计算；MPI
一 Linux简介
Linux是一类Unix计算机操作系统的统称。它是一个完全免费的操作系统，它的源程序也完全公开。
Linux作为自由软件有两个特点：一是它免费提供源码，二是爱好者可以按照自己的需要自由修改、复制和发布程序的源码，并公布在Internet上。
二 计算机集群的背景
伴随着lntemet的普及和Web技术的发展，计算机网络提供着越来越多的服务和应用，网络流量也出现了爆炸式的增长。除了流量的增加，网络应用本身的发展对服务器性能也提出了更高的要求。依靠增加单一服务器的处理能力并不能很好地解决迅速增长的网络应用的需求。因为采用单一服务器就意味着单点失效问题的存在，同时服务器的升级往往需要暂时中断服务。这都难以保证网络的高可用性，而且采用更高性能的服务器意味着更高的成本投入，由于这些特点，集群技术由此应运而生。
三 软硬件选择
做集群需要考虑两个硬件选择：节点计算机体系结构和相互连接的网络。
软件选择简单一些。所需的操作系统要能够支持局域网、在网络上从一台计算机对另一台的远程命令执行访问和可靠的C编译器。
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四 集群系统的网络拓扑结构
我们用四个集点的集群来举例：四节点集群由四台PC构成，有一台显示器、键盘和鼠标，四条网络电缆，一个交换机，这就是完整的系统。
四个集群节点的每一个都通过单一电缆连接到交换机。只有本地节点连接了显示器和键盘。（如果四个节点本质上是一样的，那么任何一个都可以作为本地节点）通过单一的键盘和显示器可以从本地节点访问每个远程节点。
集群节点将作为服务器一起工作。在同一网络中，至少需要一台外部计算机来运行客户软件，它向服务器发送请求。它还要运行性能监视和显示软件，来显示每个服务节点承受多大压力。
五 集群计算机的实现 （一）安装前的准备工作
将所有设备按照集群系统体系结构组装好，如图:
（二）安装步骤
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1、首先在BIOS中设置默认光盘启动，用第一张光盘引导计算机。从光盘启动后会出现一个提示符状态，可以通过输入不同的命令来选择不同的安装模式。为了避免不必要的麻烦，我们直接按回车键，用缺省模式安装。
2、然后会询问用户是否对光盘完整性进行检查，一般来说选择\就可以。 3、设置语言、键盘配置、鼠标配置。
4、选择安装类型: Red Hat提供了三种不同类型的软件包套件、个人桌面、工作站和服务器，以根据自己的需要选择不同的安装类型，这里我们选择“定制”。
5、硬盘分区:选择用Disk Druid工具进行分区，我们这里将分成两个分区，一个Swap和一个根目录（/），swap空间的大小一般为物理内存的2-3倍，剩下的空间都分给根目录。 6、网络配置:分布将四台机器的IP地址设置为192.168.1.1、192.168.1.2、192.168.1.3、192.168.14，子网掩码为255.255.255.0。
7、防火墙配置:Red Hat提供了三种安全级别的防火墙配置，可以根据自己的需要进行选择。在我们设计中，需要开22端口，也就是SSH服务。
8、设置根口令:Linux系统下有一个根用户，在系统中拥有至高无上的权利，用户名是root。一般来说只有在对系统进行管理时才使用此用户。密码满足一定复杂性要求。 9、选择软件包:在我们集群系统中需要用到GCC编译器，在定制时需要选择。接下来就一步一步开始安装，直到完成Linux的安装。 （三）创建SSH信任连接
SSH是传统的telnet的一个替代，它不但是一个很好的交互工具，而且可以用来完成其它复杂的工作，以及和其它应用程序协同工作。 1、密码认证。
这种认证方式的安全系数是最低的。因为为了使用密码认证，必需把密码潜入到要执行的脚本或者放到一个脚本能够读到的文件中。无论采取什么措施，具有脚本读权限的任何人都会获得密码。因此，我们不使用这种技术。 2、公开密钥认证。
在公开密钥认证中，私钥是客户的认证凭证。因此，脚本需要访问这个密钥，必须保存在脚本能够访问到的地方。
基于Linux的计算机集群系统的设计与实现
