集群系統在氣象研究領域的應用

[摘 要]：氣象事業是科技型、基礎型社會公益事業。改革開放以來，我國氣象事業取得了長足發展，在防災減災、經濟建設、社會發展和國防建設中發揮了重要作用。在如今的氣象事業發展中，氣象通信發揮著重大的作用，與此同時，服務器的整體性能必須能適應現代化氣象這一發展變化。本文將具體談談集群系統在氣象研究領域的應用。

[關鍵詞]：集群系統 氣象研究 應用

一、計算機的鼎力支持

盡管我國的氣象技術起步較晚，但隨著幾代人的不懈努力在此領域已經逐漸有了越來越多的收獲。伴隨著我過氣象研究領域的不斷發展，其中需要的是一個強大的支持者——計算機。與其他領域不同，鑒于氣象研究領域中存在著太多的不可預知性，因此，它對于計算機的硬件能力有著極高的要求，只有高性能計算機的強大數據處理能力才能夠彌補氣象研究領域技術上的缺漏。值得注意的是為氣象研究領域提供鼎力支持的并不是大家熟知的PC，而是集群式超級計算機，正是因為有了集群系統的產生及發展演變才能夠很大程度給氣象研究領域的工作方式帶來轉變與革新，才能夠讓研究工作更為高效。

二、硬件設施提供的廣闊平臺

隨著集群技術在氣象研究領域的應用不斷加深，集群系統中的硬件設施也在不斷的研發更新中，正是因為硬件設施提供的廣闊平臺才能夠不斷提升氣象研究領域的工作效率。南京大學全球變化研究中心曾經展開過相應研究課題，為了找出處理性能更強、硬件設施更優的計算機，曾經就多個不同的解決方案進行評估，最后發現基于AMD Athlon MP和Athlon XP處理器的集群計算機性能最為卓越，不僅運行穩定而且整套系統智能程度十分高，能夠為特定項目選取最為合適的理想方案。類似的研究很多，硬件設施的發展也很迅速，正是因為市場上硬件設施的不斷更新與優化才能夠為氣象研究領域不斷提供更為先進的設備，從而為氣象領域提供了更為廣闊的研究平臺。

三、集群系統在氣象領域的應用

1.集群系統的組成

我省原來的傳輸體系是由兩臺PC Server和一臺盤陣組成的雙機熱備系統，運行相應的Linux操作系統和HA軟件。兩套系統各有硬件獨立運行，每套系統的處理能力有限，但彼此之間資源不能共享，業務的進一步發展受到限制。隨著資料的日益增多，服務器也越來越力不從心，高性能服務器具有處理速度快，I/O吞吐量大，容量性能好，可靠性高，而且還需要良好的可擴展能力。大大提高了傳輸的穩定、可靠、不間斷的服務，也提高了傳輸效率。

我省目前使用的集群由4臺服務器以及其連接的SAN存儲網絡和數據網絡組成。如圖1所示：每臺服務器配置運行LVS、FTP和WWW服務，其中兩臺還添加了MySql和TomCat服務。4臺服務器向外提供統一的FTP、WWW、MySql和TomCat服務。以Web應用為例，Web應用服務器集群系統，是由一群同時運行同一個Web服務器集群，形成負載均衡集群。在這樣的集群配置中，多臺服務器可以執行同樣的應用和數據庫操作。當一臺服務器出現故障時，其他的服務器會在瞬間接管故障服務器上的所有業務，用戶不會感到任何的變化，確實的保障了氣象資料的時效性和準確性。集群系統中的4臺服務器通過一臺網絡交換機提供服務器之間的以太網互聯以及對外連接，通過另一臺網絡交換機提供服務器之間的集群系統心跳網絡互聯，每臺服務器配置一個以太網接口為專用集群心跳連接，為了保證心跳連接的可靠性，將每臺服務器另一個用于數據傳輸的以太網接口同時作為備份心跳連接端口，當一臺機器出現問題時，另一臺網絡交換機可以獨立完成工作。真正的起到了備份的作用。以我省2010年9月交換機故障為例，其中插心跳線的交換機出現故障，在集群管理界面上顯示心跳異常，但資料傳輸未受影響，處理的方法就是將心跳線插到提供以太網及對外連接交換機的相應的口上，然后將交換機取下檢查。這樣既不會影響資料的正常傳輸，也不會影響系統。

2.存儲系統的組成

系統的存儲網絡由兩臺光纖交換機、一臺磁盤陣列組成，整個存儲網絡為點到點互聯的光纖網絡，磁盤陣列雙控制器上的4個主機端口分別連接到兩臺光纖交換機上，每臺服務器配置雙光纖HBA口，分別連接到兩臺光纖交換機上，每臺服務器上配置多路徑軟件，從而實現主機到磁盤陣列的多條冗余路徑互聯。如圖2所示。

四、科研力量發展方向

隨著集群系統的不斷發展，高性能的、具備“整合計算”能力的集群系統會越來越多的進入人們的視線。總體而言，集群技術的發展方向在于能夠不斷推出整合計算能力更強的集群系統，從硬件角度來看，這樣的系統要能夠很好的實現通訊、存儲等基本功能的同時也能夠具備良好的跟蹤、測試、比較最新硬件設備等能力，從軟件角度來看，其發展方向在于集群操作系統要讓硬件的這種整合能力得到保障，同時要充分發揮其連接節點機操作系統和用戶并行應用的重要“黏合劑”的作用。

高性能集群系統的應用目前主要集中于氣象云圖分析和石油勘探領域，高性能集群在構建時相應也存在一些需要突破的難點，例如集群系統的可管理性、集群的監控、并行程序的實現、并行化的效率以及網絡實現等，讓這些難點一一得到突破也是現今科研力量的一個主要發展方向。隨著PC及其操作系統的普及和Intel CPU的性能和穩定性的不斷提高，這些因素都給集群體統的發展提供了很好的平臺及優勢，相信不斷會有管理更為簡便、更易于監控且并行程度更高、智能化更強的集群系統產生。

結語

氣象通信的暢通保障著氣象資料的時效與準確。實時氣象通信是7*24小時不能間斷的業務，它不僅對于信息的實時性要求高，需要處理的信息量也非常大，這就對于操作系統的信息處理能力提出了更高要求。隨著集群系統的產生及其在氣象研究領用中應用的不斷深化，它很大程度緩解了信息處理中存在的各種難題及障礙，與傳統的傳輸體系相比集群系統不僅容量性能更好、可靠性更高，還很大程度提升了氣象研究領域的工作效率。

參考文獻：

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