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摘 要利用集群计算机处理地震资料是一项地震资料处理难题的新技术,最近几年才兴起.文章介绍集群计算机的概念和特点,从4个方面阐述集群计算机是处理地震资料的必然手段,最后简要地介绍集群计算机在处理地震资料时的应用步骤.
关 键 词地震；资料处理；集群；计算机
中图分类号：P315文献标识码：A文章编号：1671-7597（2013）23-0070-02
1集群计算机的含义及特点
1.1集群计算机的含义
集群计算机是利用网络把若干个单独的服务器连接起来,加以管理,使之形成一个系统.系统中的每个服务器都是一个点,这些点在系统的统一指挥、协调下共同完成某项任务,这些服务器及其功能共同构成了一个集群.系统内的数据被分散在各个服务器上,数据被存储在集群内的共享空间里,大家都可以通过内部局域网调用数据,在执行任务时,遇到错误的组件或是失败的运行结果时,集群计算机可以通过系统纠正错误,启动正确的运行程序.当一台服务器出现故障时,该服务器上的数据在很短的时间内被其他服务器收藏,并代替它工作,集群计算机始终能为客户提供大量的、稳定的服务.集群计算机系统结构如下图.
注：客户把任务给集群系统,集群系统分成子任务,布置给各个服务器,并协调个服务器之间的关系,任务中的数据在各服务器享,当某个服务器发横故障时,数据会由共享平台被其他服务器获得,子任务被所有服务器同时完成,并返给集群系统,由集群系统反馈给客户,完成工作.
1.2集群计算机的特点
集群计算机具有很高的工作效率,这是集群计算机的最大特点.把一个大型任务分割若干个可以独立并行计算、分析的子任务,这些子任务由集群计算机的节点（服务器）完成,能大大缩短任务的运算周期,在处理地震资料时,周期可以缩短为原来的几十分之一,提高了工作效率.
集群计算机具有较高的稳定性.由于集群计算机内部有数据共享措施,在某台服务器发生故障时,能够有其他服务器立即替代,所以不会出现经常中断任务的情况.每台服务器的容量和任务都是定义好的,所以提供的服务是充分的、稳定的.
集群计算机具有规模可控性.由于集群计算机是网状结构,因此可以通过增减节点数目来控制集群计算机的规模,使集群计算机能够完成计算量、存储量越来越大的任务.在做地震资料处理时,需要集群计算机的服务器数量较多,有100多台计算机同时工作.
集群计算机具有较强的经济型.完成同样的计算任务,集群计算机的投入比超计算机的投入少,而且在有故障发生的时候,可以通过替换发生故障的计算机继续工作,维修更换费用少.
2集群计算机是处理地震资料的必然手段
2.1处理地震资料的动力
人们的生产生活安全受到地震的影响、威胁很大,1976年的唐山大地震、2008年的无不造成人们生命财产的重大损失,许多家庭、房屋毁于一旦.地震还严重影响石油勘探工作,地质工程队勘探石油、天然气时,必须要采集该地区的地震数据、图像资料.我国是一个人口大国,也是一个资源消费大国,我国有许多人口密集的区域处于地震带上,油气资源储层零散,有不少新探明的油气田分布在地震带上.为了保证人民的生命财产安全,必须要搜集、整理地震数据、图像资料；为了加大油气资源的开发、利用,保证我国的能源供给安全,必须要搜集、整理地震数据、图像资料.
2.2地震资料极多,需要做大量的运算、分析工作
地质勘探出来的地震数据、图像资料越来越大.随着地震数据、图像资料采集技术的升级,人们获得到的图像、数据越来越真实、准确,从二维技术到三维技术,又从三维技术到四维技术,图像分辨率越来越高,数据越来越精、准,数据、图像资料的容量也越来越大,以目前的三维技术为例,在单位平方公里范围内,采集到的三维图像、数据高达几十GB,地质复杂的区域,采集出来的三维数据、图像资料甚至可以达到1个TB.由此可见,地震采集上来的数据、图像资料量是非常巨大的,而且在处理这些图像、数据时,又要引入大量的中间过程数据、图像资料.得到高质量的可靠的地震资料处理结果,要求计算机有超大的存储量和计算能力.
2.3地震数据、图像资料具有兼容并行的特点
地震数据、图像资料的采集具有一定的分类特征,按“束、炮、线、道”等方式分成若干类,这样的资料分类非常适合多台计算机并行计算分析.对于数据之间的共性点结合,也可以按照“线、道”划分成类,比如：共炮点、共中心点、共叠加点等都可以按线处理.地震资料的内部数据之间不是孤立的、静止的,而是经常需要做傅里叶转换、FK转换,实际上,这些数据经过转换之后要比原来的数据更适合多台计算机并行计算分析.
2.4单台计算机能力有限,不适合做大规模的地震资料处理任务
计算机技术的快速发展,为精确、快速处理地震资料提供了可能.自上个世纪起,人们就不断探索、应用计算机技术来处理地震资料.单机处理地震资料是早期人们处理地震资料的手段,但是随着对地震认识的加深；研究、统计数据、图像资料的广泛开展,地震资料越来越多,而且越来越深遂.虽然单台计算机在数据、图像资料处理的速度上有了很大提高,散热性能也有了很大飞跃,但是仍然满足不了现代地震资料处理要求.
3应用集群计算机处理地震资料的步骤
由于地震资料存储、运算量很大,所以在制定方案的时候要充分分析任务的工作量,合理选择服务器架构体系,目前市场上主要的两种服务器架构分别是机架式和刀片式,扩展性都比较好,而且能够在有限的空间内集成70个以上的处理器,实现6GHz以上配置和4GB以上内存处理,能够满足地震资料处理要求.
存储设备采用光纤,传输能力在2GB/s的,加大光纤通道能力.安装恢复软件,能够保证在发生故障时,数据存储备份.这样,数据在光线中传输、储存变得稳定可靠,网络存储还有一个好处就是能够存储越来越多的资料.
输入/输出采用4U以上的机架式服务器,方便扩展和数据交换,数据在交换过程中,会因为消耗一定的空间,因此需要4G以上内存.采用应用软件完成输入/输出的批量作业和交互作业,同时还能管理整个系统的调度、运行工作.
应用秉性文件系统,该系统能够把数据条带化和多行化,实行双向的输入/输出操作,提高数据存取速度.
高分辨率的图像处理设备和磁带备份工具库,是集群计算机处理地震资料中必备的设施.对数据的处理最重要通过图像表达出来,直观分析,因此要有好的图像处理设备.确保数据的安全可靠,对计算过程和计算结果中的关键数据进行磁带库备份.
4总结
由于集群计算机具有处理数据的高效率、高稳定性、高可控性和经济型,所以在处理地震资料领域具有广泛的应用空间和前景.随着高频处理器和大容量内存的出现,集群计算机的软硬件不断升级改造,处理数据、图像资料的能力不断提升,但是在利用集群计算机处理地震资料的技术道路上还有许多工作要做.