EDA集群系统的实现

墨兰　Ｑ　兰二　！　ＣＮ１１—２０３４／Ｔ　实验技术与管理　第３Ｏ卷第１期２０１３年１月　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｖｏ１．３０　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２０１３　ＥＤＡ集群系统的实现　陈玉洁，张莉　（清华大学微电子所，北京　１０００８４）　摘要：根据集成电路设计应用的特点，组建了一个适合集成电路设计的ＥＤＡ集群系统，介绍了集群系统的　构建、配置和使用方法，实现了资源的自动分配和调度。系统使用方便，易于管理。　关键词：集群系统；集成电路设计；ＥＤＡ；资源分配　中图分类号：ＴＰ３０２；ＴＰ３９３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—４９５６（２０１３）０１—０１０８—０３　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ＥＤＡ　ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｈｅｎ　Ｙｕｊｉｅ，Ｚｈａｎｇ　Ｌｉ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ＩＣ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎ　ＥＤＡ　ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ　ｕｐ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂｙ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｌｌｏｃａｔｅｄ　ａｎｄ　ｓｃｈｅｄｕｌｅｄ　ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ，ＳＯ　ｔｈｅ　ｕｓａｇｅ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｂｅ—　ｃｏｌｌｉｅ　ｖｅｒｙ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ；ＩＣ　ｄｅｓｉｇｎ；ＥＤＡ；ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ＥＤＡ（电子设计自动化）设计环境是进行集成电　路设计不可缺少的条件，其中包括计算机硬件、ＥＤＡ　软件、集成电路设计资源（ＩＰ—ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ模　块）和工艺资源及网络等。随着芯片设计规模和设计　大量重复性的账号维护和软件维护工作，并出现用户　数据分散等问题，不利于集中管理。为了集中管理用　户的认证信息以及用户的数据，采用了“ＮＩＳ＋ＮＦＳ”　的管理办法，ＮＩＳ提供身份验证，ＮＦＳ配合提供所需　的磁盘空间。“ＮＩＳ＋ＮＦＳ”模式支持Ｕｎｉｘ和Ｌｉｎｕｘ　平台，将多台服务器的用户管理和数据管理工作集中　复杂度的增大，对适应ＥＤＡ应用特点的硬件环境提　出了更高的要求。　在一台服务器上，集中化的存储更利于备份和冗余，维　１　背景　１．１历史状况　护便捷，降低了管理成本口　］。　１．２存在的问题　过去ＥＤＡ设计环境大多基于Ｕｎｉｘ平台，因为从　硬件角度来说，ＥＤＡ工具往往需要容量大、稳定性好　的服务器，因此进行大规模芯片设计时，采用ＳＵＮ、　ＨＰ等品牌服务器、工作站的较多。随着Ｌｉｎｕｘ技术　的快速发展，ＥＤＡ工具也从过去的Ｕｎｉｘ平台转向　随着用户规模和服务器数量的不断增加，这种模　式也产生了新的问题：首先，由于用户登录的目标服务　器的不唯一性，导致各个服务器资源利用率不均衡，有　的机器访问繁忙，ＣＰＵ、内存等占用率接近满负荷，而　有的空闲，降低了使用效率；其次，对管理员来说，需要　管理多台单机服务器，重复性工作较多，管理不便。因　Ｌｉｎｕｘ平台。相比Ｕｎｉｘ平台，Ｌｉｎｕｘ平台具有性价比　此，如何有效发挥服务器的使用效率，避免多人使用１　台服务器出现“堵塞”，如何解决资源分配和合理调度　是当前急需解决的问题。　高、应用程序支持性好、灵活性好的特点。　由于设计规模不断扩大以及用户数量的增加，服　务器的数量一直处于上升的态势，如果每台服务器都　需要设定相同的账号，并且安装同样的应用软件，会有　收稿Ｅｔ期：２０１２—０５　０６　作者简介：陈玉洁（１９７３一），女，上海，硕士，工程师，研究方向：ＥＤＡ系　统管理．　Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｙｕｊｉｅ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ　２　ＥＤＡ集群系统的构建　高性能计算集群采用将计算任务分配到集群的不　同节点的方式来提高计算能力，因而主要应用在科学　计算领域。随着集群技术的发展，高性能计算集群的　软硬件价格显著下降，同时，并行计算软件智能化程度　陈玉沽，等：ＥＤＡ集群系统的实现　的提高，使计算管理软件也更易于操作。因此，计算机　集群系统得到越来越广泛的应用ｌ＿３　］。　高性能计算通常是自动调度批处理任务队列，适　合后台运行多个并行任务，而ＥＤＡ应用大多为交互　管理节点在内网的ＩＰ地址为１９２．１６８．１．２５１，８　个计算节点配置内网地址为１９２．１６８．１．１～１９２．１６８．　１．８，主机名分别对应为ｃ０１０１－－ｃ０１０８。管理节点也　作为登录节点，与校园网相连，并可通过防火墙读取　ＥＤＡ软件的ｌｉｃｅｎｓｅ（许可证），计算节点则通过管理节　点设置ＮＡＴ地址转换与外部通信。ＥＤＡ工具软件　和用户的数据都安装在存储系统的文件夹中，并在计　算节点上共享相应的文件夹，实现数据的一致性和统　一式的，需要使用图形界面，执行任务模式为串行模式。　因此，利用集群系统实现ＥＤＡ应用的主要目的在于，　能根据集群系统负载均衡的原则，有效地实现登录节　点资源的自动分配调度，同时保证单任务的交互式应　用模式。基于这样目的，我们构建了一个适合集成电　管理。　路设计应用特点的小型ＥＤＡ集群系统。　２．１集群系统的安装与配置　２．１．１　硬件环境　（１）管理节点（也作为存储节点、登录节点、１０节　点）包括：１台ＤＥＬＬ　Ｒ５１０服务器，２个Ｉｎｔｅｌ　Ｅ５６０６　４　核处理器（２．１３　ＧＨｚ）和２４　ＧＢ内存；　（２）计算节点包括：８台ＤＥＬＬ刀片服务器，每个　刀片２个Ｉｎｔｅｌ　５６４５　６核处理器（２．４　ＧＨｚ）和４８　ＧＢ　内存；　（３）ＩＯ交换机包括：ＤＥＬＬ　ＰＣ６２４８千兆以太网　交换机；　（４）管理网络包括：１套ＧｉｇａＢｙｔｅ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ；　（５）存储包括：１２块２ＴＢ　ＳＡＳ（７２ＯＯ转）硬盘。　２．１．２　系统软件　操作系统为ＲｅｄＨａｔ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　５．７，６４　ｂｉｔ；集群　管理为Ｒｏｃｋｓ　５．４；作业调度为ＳＵＮ　Ｇｒｉｄ　Ｅｎｇｉｎｅ　６．　２；集群工具为Ｉｎｔｅｌ　Ｃｌｕｓｔｅｒ　Ｓｔｕｄｉｏ　２０１１　ＸＥ；性能监　控为Ｐａｒａｍｏｎ　Ｖ２．０．０、Ｐａｒａｔｕｎｅ　Ｖ２．０．０。　２．１．３　应用软件　世界主流ＥＤＡ厂商Ｃａｄｅｎｃｅ、Ｓｙｎｏｐｓｙｓ、Ｍｅｎｔｏｒ　的从顶层到底层的全套设计软件包括：系统级设计、功　能验证、ＩＣ综合及布局布线、模拟、混合信号及射频ＩＣ　设计、全定制Ｉｃ设计、物理验证和硬件仿真建　模等［　］。　２．２网络和环境配置　网络拓扑结构如图１所示。　计算节点　图ｌ　ＥＤＡ集群系统网络拓扑图　３　ＥＤＡ集群系统的使用　３．１用户使用方法　相比单机服务器而言，集群系统的使用比较方便，　只需增加“ｑｌｏｇｉｎ”命令，由于计算节点是内网的ＩＰ地　址，而用户要以图形界面方式通过校园网访问节点，就　需要设置环境变量￥ＤＩＳＰＬＡＹ，将图形显示在本地窗　口。登录节点只作为用户登录，不提供计算和交互式　任务，系统根据资源分配和调度情况将任务自动分配　到计算节点上进行。　以下是使用交互式图形界面的登录方式提交批处　理的作业任务，使用ＳＧＥ提交作业，这里不作详述。　３．１．１　用ｖｎｃ登录方法　（１）登录管理结点ｃｏｎｓｏｌｅ；　（２）在管理结点ｃｏｎｓｏｌｅ的ｔｅｒｍｉｎａｌ执行：　ｑｌｏｇｉｎ（系统将根据计算结点的负载情况，自动选　择一个计算结点，比如ｃ０１０７）；　ｅｘｐｏｒｔ　ＤＩＳＰＬＡＹ一１９２．１６８．１．２５１：＊．０７７７（＊　号代表ｖｎｃ的序列号）；　（３）在管理结点ｃｏｎｓｏｌｅ的ｔｅｒｍｉｎａｌ窗口执行：　ｘｈｏｓｔ＋；　（４）在计算结点的ｔｅｒｍｉｎａｌ执行交互式作业。　３．１．２　用其他方式（比如ｂｒｏａｄｃａｓｔ）登录步骤　（１）登录管理结点ｃｏｎｓｏｌｅ；　（２）在管理结点ｃｏｎｓｏｌｅ的ｔｅｒｍｉｎａｌ执行：　ｅｃｈｏ￥ＤＩＳＰＬＡＹ　ｑｌｏｇｉｎ（系统将根据计算结点的负载情况，自动选　择一个计算结点，比如ｃ０１０７）；　ｅｘｐｏｒｔ　ＤＩＳＰＬＡＹ一＊　（将＊号改成“ｅｃｈｏ　￥ＤＩＳＰＬＡＹ”得到的值）；　（３）在管理结点ｃｏｎｓｏｌｅ的ｔｅｒｍｉｎａｌ窗口执行：　ｘｈｏｓｔ＋；　（４）在计算结点的ｔｅｒｍｉｎａｌ执行交互式作业。　３．２使用Ｒｏｃｋｓ管理节点　Ｒｏｃｋｓ是一个十分方便的集群管理软件，不但安　装和管理比较容易，还自带了许多管理和应用软件。　１３６　实验技术与管理　度呈逐年递增的趋势，各实验中心之间开放共享已　经蔚然成风，大型仪器设备对外开放的收入也以每　年２０　的收入递增，在２０１０年教育厅本科业绩考核　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）　［１］徐英莲．建立实验室资源共享机制，培养创新型人才［Ｊ］．浙江理工　大学学报，２００９，２６（６）：９５６—９５９．　［２］叶秉良，戴文战，杨蔚琪．高教园区实验室资源共享现与对策探讨　ＥＪ］．实验室研究与探索，２００６，２５（１１）：１４６９—１４７２．　［３］吉东风，李海燕．深化体制改革推进国家级、省级实验教学示范中心　建设［Ｊ］．实验技术与管理，２Ｏ１０，２７（２）９７～９９．　［４］徐铮，李翔．教学型大型仪器实验室资源共享平台的构建与管理　口］．实验室研究与探索，２００９，２８（３）：２８８—２９０．　［５］潘信吉．实验教学示范中心可持续发展的研究与实践［Ｊ］．实验技术　与管理，２０１０，２７（６）：１ｌ１　１１３．　［６］郑庆昌，张丽萍，谭文华，等．科技条件平台共享机制内涵与构成探　究［Ｊ］．科学学与科学技术管理，２００９（２）：１０　１４．　中，大型仪器设备利用率指标评分列浙江省省属高　校第三位。学校不断加大对示范中心的资源整合与　利用，初步形成了国家级、省级和校级三层次教学实　验室体系，全部教学实验室于２００９年通过了省教育　厅组织的合格认定，成为“浙江省本科高校省级合格　教学实验室”。目前，全校共有２０个实验教学中心，　其中国家级实验教学示范中心建设单位２个，省级　实验教学示范中心（建设点）１０个，该项指标居于省　属高校前列。　［７］林新华．初探我国科技资源共享平台的运行机制［Ｊ］．科技信息：科　４　结束语　在“十二五”期间，教育部在实施“质量工程”时，示　学教研，２００８（２２）：３５—３６．　［８］陈维彬．温州高教园区教育资源共享的实践与思考［Ｊ］．温州职业技　术学院学报，２００４，４（４）：１－３．　范中心建设将从量的增长转变到质的提升阶段。教育　部高等教育司副司长石鹏建在２０１０年高等学校国家　级实验教学示范中心联席会上明确指出示范中心资源　开放共享程度应进一步加强。因此，各示范中心应将　提升中心内涵建设、扩大共享的广度与深度作为首要　任务。高校应出台保障政策和激励措施搭建网络化实　验教学和实验室管理信息平台，整合校内外资源共建、　使用和共享，逐步增加、丰富网络实验教学资源”［１　。　示范中心建设任重而道远！　［９］李红阳，王立峰．高校实验教学示范中心与创新性人才培养［Ｊ］．实　验技术与管理，２０１０，２７（９）：１１１　１１４．　［１Ｏ］叶秉良，戴文战，杨蔚琪．基于“三点一线”模式建设实验教学示范　中心的创新思路［Ｊ］．实验室研究与探索，２００７（９）：６９—７１．　［¨］王森，叶秉良，蔡英．地方高校大型仪器设备共享平台设计［Ｊ］．高　等理科教育：２０１０年教育教学研究专辑（１）：３１３－３１４．　［１２］蔡英，胡青蓉，叶秉良．浅谈高校仪器设备的管理工作［Ｊ］．设备管　理与维修，２００７（１０）：４－５．　［１３］教育部．高等学校实验教学示范中心网站［ＥＢ／ＯＩ　］．［２０１　２　０６　１６］．ｈｔｔｐ：／／ｓｙｚｘ．ｃｅｒｓ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｎｅｗｓＥｍｐｔｙ．ｄｏ？ａｃｔｉｏｎ—　ｓｈｏＷＮｅＷＳＤｅｔａｉ】８Ｌ１３ｅｗｓＩ一　．Ｄ　６６３　．（上接第１１０页）　利用ＥＤＡ集群系统的资源自动调度和分配机　制，用户登录哪个节点由系统根据负载情况进行分　配，可有效地均衡系统负载，提高了ＣＰＵ和内存的　使用效率　，避免了资源的“拥塞”现象。同时，集　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）　［１］Ｂｕｒｋ　Ｒ．ＵＮＩＸ技术大全：系统管理员卷［Ｍ］．北京：机械工业出版　社，１９９９．　［２］阎映炳，刘雪洁．Ｌｉｎｕｘ系统与网络管理教程［Ｍ］．北京：电子工业　出版社，２０１０．　群内各个节点的访问能力相同，因此具有共享信息　的能力，用户在某一节点修改了数据，其他节点可接　收到这一信息。足够的存储空间和良好的管理机　制，保证了数据的一致性存储。相对单机服务器而　言，用户使用集群系统只需增加一个“ｑｌｏｇｉｎ”命令，　［３］柴亚辉，沈文枫，张倬，等．Ｃｅｌｌ　ＢＥ高性能计算实验平台设计与实现　［Ｊ］．实验室研究与探索，２０１ｌ，３０（５）：６８　７１．　Ｅ４］吕丽平，臧国轻．基于ＬＶＳ服务器集群的研究［Ｊ］．电脑知识与技　术，２０１０，６（２１）：５７５４—５７５６．　［５］谢丽芳，何毅．基于ＡＩＸ集群的ＧＡＵＳＳＩＡＮ　０３并行计算系统的构　建［Ｊ］．实验技术与管理，２０１１，２８（４）：２５９—２６２．　使用方便。对于管理员来说，安装设置完毕后，所有　管理工作只需在管理节点进行，使用“ｒｏｃｋｓ”同步到　［６］冯元，赵健．基于Ｌｉｎｕｘ工作站机群的网格服务机群实现［Ｊ］．西安　工业学院学报，２００５，２５（１）：４８—５１．　其他节点，便于管理。　５　结束语　根据集成电路设计的特点，组建了一个可靠的　ＥＤＡ集群系统环境，对应用集群系统进行了集成电路　［７］陈玉洁，高志强，胡苑．ＥＤＡ平台的构建实现［Ｊ］．实验技术与管理，　２Ｏ１０，２７（６）：１Ｏ２　１Ｏ４．　［８］陈玉洁，胡苑，高志强．ＥＤＡ平台的开放共享实践ＥＪ］．实验技术与　管理，２０１１，２８（１１）：３５５　３５６．　［９］李俊青，周恩，符天．服务器集群及负载均衡的研究ＥＪ］．电脑知识　与技术，２００９，５（２６）：７３９１－７３９２．　设计的有益尝试，为集成电路设计相关的科研项目提　［１ｏ］王霜，修保新，肖卫东．Ｗｅｂ服务器集群的负载均衡算法研究［Ｊ］．　计算机工程与应用，２００４（２５）：７８—８０．　供了条件支撑，并为培养专业技术人才提供了实验　平台。　［¨Ｊ陈华平，孙清扬．可扩展并行Ｗｅｂ服务器集群的实现技术［Ｊ］．网　络、通信与安全，２００２（３）：１４９　１５１．