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在计算机技术已经进入高速网络时代的今天，客户/服务器模型以其简单、易管理和易维护的优点，在网络上被大量采用，单一的服务器已经难以满足高性能计算的要求，为此，人们想到了用普通的PC通过某种方式组织起来，成为一个具有高性能计算能力的服务器，这种服务器就叫集群。集群通过软件和硬件把多台计算机以特殊的方式连接起来，协作完成指定的任务。对于用户而言，使用一个集群系统就像使用一台计算机一样。位于集群系统中的计算机通常称为节点，节点通常采用以太网或专用网络连接。目前最为流行的方式是用高速网络传输设备将几台服务器相连，实现并行处理，屏蔽单点失效。而目前对集群技术需求最迫切，发展也最快的领域主要有Web应用、科学计算、数据库应用。集群不仅价格低廉而且使用方便，对软硬件设备要求非常低，是替代昂贵的超级计算机的最好选择。
计算机集群的概念近年来正日益受到重视，最常见的三种群集类型包括负载均衡群集、高可用性群集和高性能科学群集。其中，负载均衡集群在多节点之间分发网络或计算处理负载，它适合大型网络应用程序；高可用性集群主要是掩盖硬件以及软件的易错性，对外提供不间断的服务；而高性能计算集群是以提高科学计算能力为目的计算机集群技术，已成为计算机领域的重要研究方向。研究高性能计算集群在科学研究和工程计算等领域应用，对于推动科技创新、经济发展、社会进步、国防安全，促进我国高性能计算应用水平的提升，具有很实际的意义。
本课题首先详细研究了基于Linux操作系统的集群的结构与功能，分析了现在的集群研究状以及并行计算编程模型。通过引入集群中间件技术架构，设计了一个新型的基于MPI的Linux集群并行系统结构模型。本文分析和阐述了基于MPI的Linux集群并行系统的基本原理、思想，及其组成结构和各部分的主要功能，并详细地研究了集群和并行计算的几个关键技术问题的解决方法，并利用MPICH实现了矩阵并行算法在集群并行系统的运行。该系统具有良好实效的集群网络性能测试模块，能动态地反映集群性能参数的变化特征，具有简单性、易扩展性等特点。这些研究和实现工作是当前集群并行系统研究的一个热点课题，为相关研究提供了一些新的思想和方案。最后，在基于Linux集群的基础上，本课题利用MPB和MEEP这两个软件在复杂系统光散射的特性这个领域作了研究。