Patagonia - Ein Mehrbenutzer-Cluster für Forschung und Lehre
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- Alke Lorenz
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1 Patagonia - Ein Mehrbenutzer-Cluster für Forschung und Lehre Felix Rauch Christian Kurmann, Blanca Maria Müller-Lagunez, Thomas M. Stricker Institut für Computersysteme ETH Zürich Eidgenössische Technische Hochschule Zürich 25. März
2 Forschungscluster Bild: Distributed ASCI Supercomputer von Henri E. Bal 2
3 Charakteristiken eines Forschungsclusters Schnelle Prozessoren (1-4 pro Knoten) Grosser Speicher (Haupt und Massenspeicher) Leistungsfähiges Netzwerk (Switches und Gigabit/s) Benutzungsmuster: Tagsüber Entwicklung - Nachts Experimente 3
4 Schulungscluster Bild: Patagonia Cluster ETH Zürich 4
5 Charakteristiken eines Schulungsclusters Grosse Festplatten für umfangreiche Softwareinstallationen Betriebssysteme in Grundkonfiguration und spezieller Konfiguration Grosse räumliche Ausdehnung Systemsicherheit: Installation und Daten vor Studenten Hardware vor Diebstahl Benutzungsmuster: Ausschliesslich tagsüber 5
6 Mehrbenutzer-Cluster Beobachtung: Beide Cluster haben ähnliche Anforderungen, aber unterschiedliche Nutzungsmuster These: Ein einziger Cluster genügt 6
7 Motivation Inhalt Klassen von PC-Betriebssystemen bzgl. Sicherheit Hardware des Patagonia-Clusters Technologien für Patagonia: Multi-boot / Betriebssysteme Installation durch Klonen Sicherheit / Unterhalt Performance Evaluation (Images Klonen) Schlussfolgerungen 7
8 Klassifikation von PC Betriebssystemen Oberon MacOS 8.x Windows 9x Netzwerkfähigkeit o o o + + Sicherheit Getrennter Zustand System/User Config Windows NT UNIX 8
9 Hardware Raum mit 24 Maschinen: Intel Pentium II, 400 MHz 128 MB SDRAM Fast Ethernet Netzwerk 9 GB Ultra2 SCSI Festplatten Davon 16 Maschinen mit: Zwei Prozessoren 256 MB SDRAM Gigabit Ethernet 9
10 System-Software Schulung: Windows NT Deutsch Windows NT Englisch Oberon Forschung: Linux Windows NT Oberon 10
11 Boot-Manager System Commander 11
12 Installation Partitionierung Boot-Partition GB Partitionen für Windows NT 4.0 Edu 2 x 2.0 GB Partitionen für Windows NT Research 2.5 GB Partition für Linux 1.0 GB Partitionen für Oberon 2 x 0.1 GB Reservepartition (Solaris, Oracle usw...) 1.0 GB Kleine LINUX Service-Partition 0.25 GB (wünschenswert) ca. 9 GB 12
13 Installation Replikation durch Klonen Erstinstallation 1. Erstellen einer Master-Platte 2. Blockweises Kopieren der Master-Platte Klonen einzelner Images / Partitionen 1. Service-Betriebssystem Booten 2. Blockweises Kopieren der Images über Netzwerk 13
14 Konfiguration Konfiguration der maschinenspezifischen Parameter (IP Nummer, Hostname, Hostid) Manuell Automatisch über DHCP (mit Server) Automatisch anhand der Ethernet MAC-Adresse mittels Tabelle DHCP = Dynamic Host Configuration Protocol MAC = Media Access Control 14
15 Sicherheit Ziel: Sicherheit ohne Behinderung der Benutzer Wird erreicht durch drei Stufen: 1 Booten mit System Commander 2 Partitionen voreinander schützen und verstecken Sperren mit Device Lock und Neuzuweisung zum Laufwerksbuchstabe C (Windows NT) Mount-Tabellen (UNIX) Schreibgeschützte Partitionen plus Ramdisk (Oberon) 3 Verwendung von Zugriffsrechten und Autorisation bei zentralem Server 15
16 Unterhalt Cluster Administration Tool erlaubt Überblick über Cluster und remote boot Schnelles Netzwerk hilft bei Restauration von Partitionen und Updates 16
17 Netzwerkkonten für UNIX und Windows NT Leistungsfähiger Sun-Server für: Home-Verzeichnisse über SMB (mit Samba) bzw. NFS vom Sun-Server Autorisierung über speziellen Windows NT-Server (NT-Clients) bzw. NIS vom Sun-Server (UNIX-Clients) Konten-Generierung auf UNIX - Übername auf NT mit Scripts Passwort-Synchronisation mit kommerziellem Programm Passync SMB = Server Message Block Protocol NFS = Network File System NIS = Network Information Service (früher yellow pages) 17
18 Technische Limiten Schreiben auf Ultra2 SCSI Platte (Seagate Cheetah write avg) Lesen von lokaler Festplatte (Seagate Cheetah read avg) Lesen von remote Files (NFS) (via UDP über Gigabit/s Ethernet) Dekomprimieren eines Images (gunzip >/dev/null mit 400MHz) Übertragung Punkt zu Punkt (Gigabit Ethernet via TCP) Totale Kapazität im Ethernet Switch ca. 20 MByte/s ca. 16 MByte/s 21 MByte/s 12 MByte/s 40 MByte/s >3 GByte/s 18
19 Performance Evaluation (Klonen) Netzwerk-Topologie Fast Ethernet C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C S Hub Hub Hub Hub Switch 19
20
21
22 Ausführungszeiten Klonen 3500 Execution Time [s] Fast Ethernet star/compressed Gigabit Ethernet star/compressed Fast Ethernet star/raw Gigabit Ethernet star/raw Number of Nodes Windows NT Partition über NFS (2 GB raw, 1 GB compressed) 22
23 Auswirkungen der Hub/Switch-Topologie Execution Time [s] Gigabit Ethernet (Pure-Switch) Fast Ethernet (Hub-Switch) 10 nodes Fast Ethernet (Hub-Switch) 20 nodes 23
24 Totale Schreib-Bandbreite Aggregate Bandwidth [MByte/s] Number of Nodes Gigabit Ethernet multi-drop/raw Fast Ethernet star/compressed Gigabit Ethernet star/compressed 24
25 Schlussfolgerungen Erfolgreiche Installation und Inbetriebnahme eines universellen Clusters für Forschung und Lehre Erleichterung von Wartung und Installation durch: Kleines Service-Betriebssystem Schnelle, grosse Festplatten Hochleistungs-Netzwerk Multi-boot Installationen geben grosse Flexibilität Klonen von ganzen Software Installationen als neue, interessante Anwendung von Gigabit/s Netzwerken (ausserhalb des parallelen und verteilten Rechnens) 25
26 Performance Evaluation (Klonen) Netzwerk-Topologie Gigabit Ethernet Giga 26
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