什么是并行计算?与云计算有什么关系?

2020-06-02 17:08:33 云杰通信 99

什么是并行计算?与云计算有什么关系?

  传统上,串行计算是指在单个计算机(具有单个中央处理单元)上执行软件写操作。CPU逐个使用一系列指令解决问题,但在每一个时刻只能执行一种指令。并行计算是在串行计算的基础上演变而来的,它努力仿真自然世界中的事物状态:一个序列中众多同时发生的、复杂且相关的事件。

  一、并行计算

  并行计算是指同时使用多种计算机资源解决计算问题。并行计算的主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题。

  此外还包括:利用非本地资源节约成本,即使用多个“廉价”计算机资源取代大型计算机,同时克服计算机上存在的存储器限制问题。

  为利用并行计算,通常计算问题表现为以下特征:

  1.将工作分解成离散部分,有助于同时解决;

  2.随时并行及时得执行多个程序指令;

  3.多计算资源下解决问题的耗时要少与单个资源下的耗时。

  并行计算是相对于串行计算来说的,所谓并行计算分为时间上的并行和空间上的并行。时间上的并行就是指流水线技术,而空间上的并行则是指用多个处理器并行地执行计算。

  二、云计算

  云计算是一种计算模式,代表了在某种程度上共享资源进行设计、开发、部署、运行应用,以及资源的可扩展收缩和应对连续性的支持。目前大部分的云计算基础架构是由用户终端向数据中心传送可申请服务的网络,以及建立在服务器上的不同层次的虚拟化技术组成的,使人们可以在任何有提供网络基础设施的地方使用这些服务。因此,云的基本概念是通过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序,再由多部服务器组成的庞大系统搜索、计算分析之后将处理结果回传给用户终端。让他通过这项技术,远程的服务供应商可以在数秒之内,达成处理数以千万计甚至亿计的信息,达到和“超级电脑”同样强大效能的网络服务。

  云计算可以说是分布计算、并行计算、网络计算等一脉相承的技术路线,甚至可以说它们的基因是相同的。但它们给人的外貌是不同的,它们在技术架构上是有差异的。简单的说,云计算是经过商业包装的名词,它为分布存储和分布计算找到了盈利模式。从概念上讲,可把云计算看成是“存储云+计算云”的有机结合,即“云计算=存储云+计算云”。存储云的基础技术是分布存储,而计算云的基础技术是分布计算,更准确说在是并行计算。

  因此,云计算的基础架构首先是要确保能实现并行计算。并行计算的作用是将大型的计算任务拆分,然后再派发到云中的各个节点进行分布式的并行计算,最终再将结果收集后统一处理。如果说云计算是并行计算的升华的话,那么云计算基础架构更在另一层面上更大的进步:计算资源虚拟化。简单的说,就是计算云中的所有计算资源都被看成一个可分配和回收的计算资源池,用户可根据自己的实际需求申请相应的计算资源。这种资源虚拟化得益于近来兴起的虚拟机技术,采用虚拟机实现资源的虚拟化,避免了硬件异构的特性。即无论什么样的硬件机器攒在一起,其计算资源都可被量化到计算资源池中,并被动态分配和动态调整。动态调整是指不需要重新启动系统就可调整资源大小,这是虚拟化技术的最大用处之一。这种虚拟化和我们在自己机器上安装的虚拟机所采用的虚拟化技术大同小异,其不同之处在于个人用户的使用模式是将一台物理机器的资源虚拟化成多份,以使得其能同时启动多个操作系统;而云中的虚拟化技术是将多个物理机器的资源虚拟化成一个大的资源池,让用户感觉是在使用一个巨大资源的机器。

  从这个角度而言,云计算不是新技术,而是新的资源利用模式。我们可以把云计算看作是前代计算模式(比如网格计算、透明计算、效用计算)的阶段升级。云计算的实质是一种基础架构管理的方法论,是把大量的计算资源组成IT资源池,用于动态创建高度虚拟化的资源提供用户使用。在云计算环境下,所有的计算资源,比如说服务器能够动态地从硬件基础架构上增减,以适应工作任务的需求。所以,云计算最真实完整的基础架构是一个由多种产品和服务集成起来的端到端的解决方案。云计算基础架构的本质是通过整合、共享和动态的硬件设备供应来实现IT投资的利用率最大化。因此,云计算的基础架构的本质可以看成是:并行计算+资源虚拟化。

  三、云计算和并行计算

  简单而言,并行计算就是在并行计算机上所做的计算,它与常说的高性能计算(high performance computing)、超级计算(super computing)是同义词,因为任何高性能计算机和超级计算总离不开并行计算计算。并行计算是在串行计算的基础上演变而来的,它努力仿真自然世界中一个序列中含有众多同时发生的、复杂且相关的事物状态。近年来,随着硬件技术和新型应用的不断发展,并行计算也有了若干新的发展,如多核体系结构、云计算、个人高性能计算机等。所以,云计算是并行计算的一种形式,也属于高能性能计算、超级计算的形式之一。作为并行计算的最新发展计算模式,云计算意味着对于服务器端的并行计算要求的增强,因为数以万计用户的应用都是通过互联网在云端来实现的,它在带来用户工作方式和商业模式的根本性改变的同时,也对大规模并行计算的技术提出了新的要求。