中科大-并行计算讲义第二讲-PC机群的搭建.ppt

并行计算,中国科学技术大学计算机科学与技术系国家高性能计算中心(合肥)2003年9月,国家高性能计算中心（合肥）,2,2019/11/20,PC机群的搭建,机群系统概述硬件的选择与安装软件的选择与安装机群系统性能评测,国家高性能计算中心（合肥）,3,2019/11/20,机群系统概述,什么是机群？机群是一组独立的计算机（节点）的集合体，节点间通过高性能的互连网络连接；各节点除了可以作为一个单一的计算资源供交互式用户使用外，还可以协同工作并表现为一个单一的、集中的计算资源供并行计算任务使用。一种造价低廉、易于构筑、并且具有较好可扩放性的并行机体系结构,国家高性能计算中心（合肥）,4,2019/11/20,发展迅速的原因,作为机群节点的工作站系统的处理性能越来越强大，更快的处理器和更高效的多CPU机器将大量进入市场；随着局域网上新的网络技术和新的通信协议的引入，机群节点间的通信能获得更高的带宽和较小的延迟；机群系统比传统的并行计算机更易于融合到已有的网络系统中去；机群上的开发工具更成熟，而传统的并行计算机上缺乏一个统一的标准；机群价格便宜并且易于构建；机群的可扩放性良好，节点的性能也很容易通过增加内存或改善处理器性能获得提高。,国家高性能计算中心（合肥）,5,2019/11/20,重要特征,机群的各节点都是一个完整的系统，节点可以是工作站，也可以是PC机或SMP机器；互连网络通常使用商品化网络，如以太网、FDDI、光通道等，部分商用机群也采用专用网络互连；网络接口与节点的I/O总线松耦合相连；各节点有一个本地磁盘；各节点有自己的完整的操作系统。,国家高性能计算中心（合肥）,6,2019/11/20,分类,根据不同的标准，可有多种分类方式针对机群系统的使用目的可将其分为三类：高性能计算机群负载均衡机群高可用性机群,国家高性能计算中心（合肥）,7,2019/11/20,典型机群系统,BerkeleyNOWBeowulfCOTS（Commodityofftheshelf）LAMPSMPcluster,国家高性能计算中心（合肥）,8,2019/11/20,PC机群的搭建,机群系统概述硬件的选择与安装软件的选择与安装机群系统性能评测,国家高性能计算中心（合肥）,9,2019/11/20,硬件的选择与安装,节点构建处理器、内存、总线、磁盘与I/O系统构建网络适配卡、交换机机群系统示例天体物理中心64个节点PC机群1个服务节点（兼作计算节点）和63个计算节点,国家高性能计算中心（合肥）,10,2019/11/20,机群系统示例,服务节点配置：CPU：Pentium2.0G（512KB全速二级缓存）内存：1G（2512M）Rambus硬盘：80GBIDE主板：ASUSP4TSocket423网卡：3com905TX（两个）显卡、显示器、键盘、鼠标、光驱、软驱：略计算节点配置：CPU：Pentium1.5G（512KB全速二级缓存）内存：512MB（2256M）Rambus硬盘：40GBIDE主板：ASUSP4TSocket423网卡：3com905TX,国家高性能计算中心（合肥）,11,2019/11/20,机群系统示例,交换设备由2个3com3c16980和1个3com3c16985的交换机通过一个matrixmodule堆叠而成，并安装了一个千兆光纤模块，以备服务接点连接内部机群的网卡升级为千兆网卡。,国家高性能计算中心（合肥）,12,2019/11/20,PC机群的搭建,机群系统概述硬件的选择与安装软件的选择与安装机群系统性能评测,国家高性能计算中心（合肥）,13,2019/11/20,软件的选择与安装,OS的选择SSI的构建编程环境的选择,国家高性能计算中心（合肥）,14,2019/11/20,OS的选择,WindowsUNIXLinux机群系统示例Redhat7.2版本（内核2.4.10）,国家高性能计算中心（合肥）,15,2019/11/20,SSI的构建,单一系统映像SSI（SingleSystemImage）单一系统：尽管系统中有多个处理器，用户仍然把整个机群视为一个单一的系统来使用单一控制：逻辑上，最终用户或系统用户使用的服务都来自只有唯一接口的同一个地方对称性：用户可以从任一个节点上获得机群服务，也就是说，对于所有节点和所有用户，除了那些对一般访问权限作保护的服务和功能外，所有机群服务和功能都是对称的位置透明：用户不用了解真正执行服务的物理设备的位置,国家高性能计算中心（合肥）,16,2019/11/20,SSI提供的三种服务,单一登录（SingleSignOn）单一文件管理（SingleFileHierarchy）单一作业管理系统(SingleJobManagementSystem),国家高性能计算中心（合肥）,17,2019/11/20,单一登录（SingleSignOn）,两种方法网络信息系统NIS（NetworkInformationSystem）Shell脚本（ShellScript）,国家高性能计算中心（合肥）,18,2019/11/20,网络信息系统NIS,服务器端：设置NIS域名：在文件/etc/sysconfig/network中添加如下一行：NISDOMAIN=PCCluster初始化数据库：运行/usr/lib/yp目录下的ypinit命令初始化系统信息数据库：node0#/usr/lib/ypinitm启动守护进程：在/etc/rc.d/rc3.d目录下增加两个链接，以便系统在启动时自动载入守护进程：node0#cd/etc/rc.d/rc3.dnode0#lns./init.d/ypservS61ypservnode0#lns./init.d/yppasswddS61yppasswd,国家高性能计算中心（合肥）,19,2019/11/20,网络信息系统NIS,客户端：在客户节点上（node1到node63）运行setup命令，然后在出现的对话框中选择“AuthenticationConfiguration”，选择NIS，填入域名PCCluster以及服务器名node0；并在文件/etc/passwd中加入以下一行：+：0：0：,国家高性能计算中心（合肥）,20,2019/11/20,Shell脚本,NIS：设置方便，但是采用客户服务器模式，在应用启动的时有可能产生瓶颈。为了提高性能，我们可以采用Shell脚本的方式来完成同样的工作。例如，对用户信息的管理，可以创建一个名为cluster_user的脚本，负责在其所在结点上创建新的用户，而后再将相关的配置文件（/etc/passwd、/etc/groups）复制到机群系统中所有其它节点，这里要注意的一点是用户的主目录应该建立在全局共享的分区中（NFS共享）。对其它的一些信息，比如/etc/hosts和/etc/host.equiv等文件可同样处理。,国家高性能计算中心（合肥）,21,2019/11/20,单一文件管理,NFS是一种Unix/Linux之间通过网络共享文件的标准方式。使用NFS，就能够透明的安装和访问网络上远程主机的文件系统，将其安装（mount）在本地的文件系统中，类似于Windows下的映射驱动器。示例机群：节点node0是服务器，把目录/home和/Cluster进行共享；节点node1到node63是客户端，把服务器的/home和/Cluster安装到自己的文件系统当中。,国家高性能计算中心（合肥）,22,2019/11/20,单一文件管理,服务器端：(1)启动服务进程：NFS服务器需要使用守护进程nfsd和mountd，通过在目录/etc/rc.d/rc3.d之下增加链接可以使系统在启动时自动载入这两个进程：node0#cd/etc/rc.d/rc3.dnode0#lns./init.d/nfsS60nfs,国家高性能计算中心（合肥）,23,2019/11/20,单一文件管理,(2)设置共享目录：首先，在根目录下建立目录/home和/Cluster。node0#mkdirhomenode0#mkdirCluster然后，在文件/etc/exports当中增加以下几行。/homenode1(rw)/Clusternode1(rw)/homenode63(rw)/Clusternode63(rw)这几行的意思是将服务器上的/home和/Cluster目录进行共享，设置节点node1到node63可以访问，rw表示允许读和写（缺省为只读）。这里要注意的一点是所有用到的主机名必须在文件/etc/hosts中给出ip地址，例如：192.168.0.11node1,国家高性能计算中心（合肥）,24,2019/11/20,单一文件管理,客户端：在文件/etc/fstab当中加入两行：node0:/home/homenfsnode0:/Cluster/Clusternfs当然，相应的要在文件/etc/hosts中给出主机node0的ip地址：192.168.0.10node0这样就完成了NFS在机群系统中的设置，以后所有用户的主目录都可以设置在/home中，所有可以共享安装的软件可以放在/Cluster中。,国家高性能计算中心（合肥）,25,2019/11/20,单一作业管理系统,用户可以透明地从任一节点提交一项作业，作业可以调度为以批处理、交互或并行的模式运行用户服务器、任务调度器、资源管理器典型的作业管理系统PBS（PortableBatchSystem）LSF（LoadSharingFacility）CondorJOSSPBS的安装,国家高性能计算中心（合肥）,26,2019/11/20,软件的选择与安装,OS的选择SSI的构建编程环境的选择,国家高性能计算中心（合肥）,27,2019/11/20,编程环境的选择,流行的编程软件MPI、OpenMP、HPFMPICH的安装及配置示例机群中构建了单一映象系统。64个节点（node0到node63）中node0共享./Cluster目录给所有其它节点。这样只需将MPICH安装在这个共享目录中即可，即整个系统中只需安装一次。,国家高性能计算中心（合肥）,28,2019/11/20,MPICH的安装,MPICH是一个开放源码的软件，所以可以从网上免费获取它的源代码。用户可以直接从MPICH的主页下载最新的软件包mpich.tar.gz，然后将它置于/Cluster目录下。使用如下命令解压缩源代码：node0#tarzxfmpich.tar.gz解压缩后会生成一个名字为mpich-1.2.4的目录。,国家高性能计算中心（合肥）,29,2019/11/20,MPICH的安装,进入该目录，并执行位于该目录下configure脚本，为下一步编译源代码进行准备。该配置脚本可以接受很多的参数（Options），通过运行命令如下：node0#./configurehelp可以获取更详细的参数信息。这里只列举几个最常用的参数：-prefix：指定mpich的安装目录。-with-device：指明所使用的通信系统类型。一般情况下我们使用ch_p4，它表示通常的TCP/IP通信系统。-with-arch：指明所使用的操作系统的类型。运行如下命令完成前期配置：node0#./configure-prefix=/Cluster/MPICH-with-device=ch_p4-with-arch=LINUX,国家高性能计算中心（合肥）,30,2019/11/20,MPICH的安装,最后，先通过运行su命令转变到root用户身份，再运行如下命令完成MPICH的编译和安装:node0#makenode0#makeinstall至此就完成了机群系统中MPICH的安装。,国家高性能计算中心（合肥）,31,2019/11/20,MPICH的配置,第一步要进行rsh的配置，使系统中不同节点之间的rsh操作不需要密码的输入。这首先需要在每个节点的/etc/hosts文件中写入node0到node63的(主机名,IP地址)对；然后在/etc/host.equiv中写入所有的机群节点主机名，下面是node0上的这两个文件内容：node0#cat/etc/hosts192.168.0.10node0192.168.0.11node1192.168.0.12node2192.168.0.163node63node0#cat/etc/host.equivnode0node1node2node63,国家高性能计算中心（合肥）,32,2019/11/20,MPICH的配置,第二步要更改MPICH的节点列表文件，该文件位于/Cluster/MPICH/share目录下。这里我们使用的arch参数是LINUX，相应的列表文件为machines.LINIUX。在这个文件中要写明机群系统中所有的节点的主机名。该文件以一定的方式指明了实际执行MPI程序时进程是如何分配到各个节点上的。以下是示例机群中的machines文件：node0#cat/Cluster/MPICH/share/machines.LINUXnode0node1node2node63,国家高性能计算中心（合肥）,33,2019/11/20,MPICH的运行,MPICH中最常用的两个命令就是mpicc和mpirun。mpicc是一个MPI编译器，它负责将源程序编译为可执行文件，它最常用的参数是-o用来指明输出文件。node0#cd/Cluster/MPICH/examplesnode0#./bin/mpicccpi.cocpinewmpirun则是用来执行一个编译好的MPI程序。下面是它最常用的一些参数：-np：用来指明所要生成的进程数。-machinefile：缺省时使用的machines文件是前面介绍过的位于share目录下的machines.LINUX；但通过这个参数可以指定一个临时的machines文件，从而使用不同的进程指派方式。一个标准的mpirun命令如下：node0#./bin/mpirunnp10cpinewmachinefile