【摘 要】
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当今,高性能计算领域的科研进展如火如荼,处理器计算速度突飞猛进,TOP 500超级计算机的角逐也是日新月异。但随着计算能力的与日俱增,超算集群中网络子系统的瓶颈逐渐显露,传统以太网络因性能低下和管理复杂等原因逐渐退出HPC（High Performance Computing）的历史舞台,另一方面,以高带宽、低延迟著称的IB（InfiniBand）网络横空出世,受到了 HPC领域广泛地欢迎与应用。
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当今,高性能计算领域的科研进展如火如荼,处理器计算速度突飞猛进,TOP 500超级计算机的角逐也是日新月异。但随着计算能力的与日俱增,超算集群中网络子系统的瓶颈逐渐显露,传统以太网络因性能低下和管理复杂等原因逐渐退出HPC（High Performance Computing）的历史舞台,另一方面,以高带宽、低延迟著称的IB（InfiniBand）网络横空出世,受到了 HPC领域广泛地欢迎与应用。IB网络历20余年发展至今已达到200Gb/s的速度,另一方面,研究者们也逐渐认识到网络监控的重要性,于是UFM和INAM等着眼于IB网络监控诊断的工具接踵而至,然而由于开销和扩展性等各种原因,它们并不适用于大规模计算集群的高频采集情景,所以,本文在综合考虑之下,设计了一套面向集群系统的网络监控分析与诊断工具IBMaster。本文的IB网络监控系统主要包括采集、存储、预处理与分析共四个子系统。1)数据采集:该模块包括五种类型数据的采集,它们分别是:基于本地内存文件的网卡性能采集工具;基于perfquery指令的交换机性能采集工具;基于子网管理器服务接口的拓扑与链路结构采集工具;基于子网管理器及其代理的事件与告警日志采集工具;以及基于子网管理器Dump日志的路由矩阵与转发表采集工具。2)数据存储:本文调研了若干数据存储介质的优劣势,并依据本系统中的存储场景,最终选择了五种介质相结合的复合存储方式。它们分别是:C语言实现的轻量级转发工具Fluent Bit;具有极高读写性能的分布式数据库InfluxDB;用于存储预处理数据的轻量级文件数据库SQLite;作为SQLite冷数据存储的文件I/O（Input/Output）;以及基于内存存储的Key-Value数据库Redis。3)数据预处理:由于InfluxDB中存储的源数据体量庞大,分析模块的一些复杂功能若是从源数据开始处理,将会产生不少的开销与延时,不利于向用户实时地展示,因此,本文增加了后台预处理模块,该模块将会不断地摄入源数据,处理后生成更简约的数据格式,并存储到SQLite数据库中,这样复杂一些的分析功能便可直接查询SQLite来提供实时可视化展示。4)数据分析:该模块将会基于采集到的各种数据,对InfiniBand网络进行实时地分析与诊断,包括一般性的流量与系统负载分析;网络拥塞以及基于拥塞的路由与信誉环路分析;以及网络异常与安全风险等异常检测与诊断。这便是集高频采集、低开销、实时性和可扩展性于一身的网络监控工具IBMaster。
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