Wartungsarmes Clustering mit Linux Bordmitteln

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1 Wartungsarmes Clustering mit Linux Bordmitteln Decus-Symposium H10 Worum es heute nicht geht Parallelrechnen Cluster-Management-Software Hochgeschwindigkeitsnetze (jenseits Gigabit-Ethernet) 1

2 Aus Anwendersicht: Motivation Preisgünstige Lösung zum Ersatz veralteter Alphas Bewältigung von nicht parallelisierten Anwendungen mit einem Zeitaufwand von einigen Stunden bis Wochen Nahtlose Einbindung in die bereits bestehende Rechnerlandschaft Motivation Aus Administratorensicht Automatisierte Installation einer grösseren Anzahl weitgehend identischer Maschinen Wartungsarme Lösung zur Realisation eines identischen Softwarestandes auf allen Maschinen Unabhängigkeit von Hard- und Softwarelieferanten Einbindung in bestehende Serverstrukturen 2

3 1 Server: genereller Aufbau Aktuelles Einzelprozessor-System Grosse RAM- und Festplattenkapazität für Fileserver-Dienste Mind. 2 Netzwerkschnittstellen (Anbindung an das lokalen sowie das clusterinterne Netzwerk) Redhat Linux 8.0 (kein Muss, allerdings beziehen sich meine Ausführungen hierauf) genereller Aufbau Compute-Nodes: Schnelle Doppelprozessor-Systeme in 1 HE 19-Zoll-Ausführung 1-4 GB Ram pro System kleine Festplattenkapazität fuer lokal zu speichernde Daten und evtl. Swap Netzwerkboot über PXE Angepasstes Redhat Linux 7.3 (s.o.), gemeinsames NFS-root für alle Nodes 3

4 Der Cluster-Server Dient als DHCP-, tftp- (und auch PXE-) Server Stellt das NFS-root-Filesystem zur Verfügung Ist Gateway für das Cluster-Subnetz Maskiert das Cluster-Subnetz nach aussen Was ist PXE? Abkürzung für Preboot Execution Environment Teil von Intels Wired for Management - Konzept Nutzung unter Linux mittels pxelinux, einem Teil des syslinux-paketes 4

5 PXE: Ablauf PXE-Client sendet DHCP-Request Server sendet IP-Daten sowie einen Verweis auf den PXE-Loader (hier pxelinux.0) Client lädt PXE-Loader via tftp vom Server und führt ihn aus PXE: Ablauf Pxelinux lädt die zu seiner IP-Adresse gehörige Konfigurationsdatei aus /tftpboot/pxelinux.cfg Unterschiedliche Konfigurationen für verschiedene Adressbereiche möglich (leider nur 4-bitweise) Ermittlung des Dateinamens am Beispiel : C0A81D23 C0A81D2 C0 C default 5

6 PXE: Ablauf DHCP-Request tftp-request für pxelinux.0 IP-Addr. & Verweis auf pxelinux.0 pxelinux.0 tftp-request für Konf.-Datei Konf.-Datei tftp-request für Kernel Kernel Beispiel für eine pxelinux.cfg-datei DEFAULT bzimage IPAPPEND 1 APPEND root=/dev/nfs nfsroot= :/export/netroot nousb DEFAULT spezifiziert den zu ladenden Kernel IPAPPEND bewirkt die Übergabe der per DHCP empfangenen Adresse an den Kernel APPEND übergibt die uebrigen Kernel-Parameter 6

7 DHCP-Einträge Einträge in /etc/dhcp.conf des Cluster- Servers: subnet netmask { option routers ; filename "pxelinux.0"; next-server iff402; } host iff402c01 { hardware ethernet 00:E0:81:05:C7:46; fixed-address iff402c01;} host iff402c30 { hardware ethernet 00:E0:81:05:C7:46; fixed-address iff402c30;} NFS-Exports Der Bereich des NFS-root-Filesystems muss natürlich an alle Clusternodes exportiert werden: /export/nfsroot /24(ro,no_root_squash) Nützlich ist auch ein gemeinsamer Arbeitsbereich für alle Rechner (möglichst auf einer eigenen Partition), um den Dateitransfer zwischen den Nodes selbst und mit der Aussenwelt zu mindern: /work /24(rw,no_root_squash) 7

8 Routing Routing innerhalb des Clusters und nach aussen funktioniert i.a. automatisch Rechner, die von aussen auf die Cluster- Nodes zugreifen wollen, benötigen eine statische Route: In /etc/sysconfig/static-routes: eth0 net netmask gw IP-Masquerading Das Gateway verändert die von den Nodes gesendeten Netzwerkheader derart, dass sie für andere vom Gateway zu kommen scheinen Vorteil: Man spart globale IP-Adressen und Administrationsaufwand bei anderen Servern 8

9 Nachteile: IP-Masquerading Rückverfolgung von Problemen schwierig Nicht alle Dienste funktionieren Einfaches Beispiel: echo 1> /proc/sys/net/ipv4/ip_forward /sbin/iptables -t nat -A POSTROUTING -s /24 -j SNAT --to Schwierigkeiten durch nfs-root Distributionskernel ungeeigenet wegen: Generell fehlender Unterstützung von nfs-root Modularem Aufbau der Netzwerktreiber Startup- und Shutdown-Skripts teilweise ungeeignet (vorzeitiges Abmelden von Netzverbindungen etc.) Rechner sollen unabhängig auf das root-fs zugreifen Synchrone Systemzeiten sind extrem wichtig 9

10 Unabhängiger Zugriff Generell sollte das root-fs read-only sein, manche Dateien/Verzeichnisse müssen aber für jeden Node schreibbar und vor allem individuell sein: /tmp /dev /var/run /var/log Unabhängiger Zugriff Lösung durch: Für normale Dateien und Verzeichnisse: Symbolische Links auf ein lokales Dateisystem, das nur die für den jeweiligen Rechner schreibbaren Daten enthält Für/dev: devfs 10

11 Schreibbare Dateien Liegen in einer eigenen Partition auf der lokalen Platte Werden bei der Installation aus einem tarfile dort hingeschrieben werden bei jedem Systemstart auf ihre Aktualität geprüft und gegebenenfalls aktualisiert devfs Vom Kernel verwaltetes, virtuelles Dateisystem, das für jedes vorhandene device einen Eintrag enthält Einträge sind in einer Baumstruktur angeordnet, abweichend von der üblichen flachen Organisation Devfsd bildet die Elemente dieser Baumstruktur auf die bekannten Namen ab 11

12 Ide-devices: Devfs-Beispiel /dev/ide/host0/bus0/target0/lun0/disc /dev/ide/host0/bus0/target0/lun0/part1 /dev/ide/host0/bus0/target0/lun0/part2 /dev/ide/host0/bus0/target0/lun0/part3 /dev/ide/host0/bus0/target0/lun0/part5 /dev/ide/host0/bus0/target0/lun0/part6 /dev/ide/host0/bus0/target0/lun0/part7 /dev/ide/host0/bus1/target0/lun0/cd (/dev/hda) (/dev/hda1) (/dev/hda2) (/dev/hda3) (/dev/hda5) (/dev/hda6) (/dev/hda7) (/dev/hdc) Einbinden von Maschinen Erstellen eines monolithischen Kernels für jeden grundlegenden Maschinentyp Eintrag des neuen System in dhcp.conf des Cluster-Servers Bootpriorität von PXE gegenüber der Festplatte erhöhen 12

13 Einbinden von Maschinen Modifizierte Startup-Skripts prüfen den Softwarestand der bootenden Maschine Falls nötig wird ein Installations- oder Update-Skript mit folgenden Aufgaben aufgerufen: Partitionieren der Festplatte Formatieren der Partitionen Erstellen der lokalen Dateien Partitionieren mit sfdisk Partitionierungsprogramm mit Batchfunktionalität Kann Partitionstabellen dumpen und aus dumps erstellen # partition table of /dev/hda unit: sectors /dev/hda1 : start= 63, size= , Id= 5 /dev/hda2 : start= , size= , Id=83 /dev/hda3 : start= , size= , Id=83 /dev/hda4 : start= 0, size= 0, Id= 0 /dev/hda5 : start= 126, size= , Id=82 13

14 Modifizierte Skripts rc.sysinit muss um die Installations- und Update-Routinen erweitert werden (Plan für die Zukunft: initrd für diese Aufgaben) Kein FS-Check für / Keine Überprüfung auf vorhergehenden, sauberen Shutdown Modifizierte Skripts Shutdown/reboot dürfen das NFS-root nicht unmounten und die Netzwerkverbindung nicht herunterfahren: Skripts müssen im entsprechenden runlevel entfernt werden PID-Files müssen ebenfalls entfernt werden, damit die Verbindungen nicht später als Leichen beseitigt wird 14

15 Langzeit -Erfahrungen Nach anfänglicher Burn-in und Lernphase sehr stabiler Betrieb Maximale Uptime bisher ca. 8 Monate (dann Unterbrechung aus externen Gründen) Verwaltung Vom Alpha-Cluster portierte, eigenentwickelte Farmsoftware zur: Bildung und Priorisierung von Benutzergruppen Überwachung des Rechnerauswahl Automatischen Auswahl des Knotens mit der geringsten Last 15

16 Zukunftspläne Umstellung auf initrd Bei Bedarf Erweiterung in Richtung paralleles Rechnen Mehr Rechner, evtl. auch auf Xeon-Basis Erweiterung der Farmsoftware (Erfassung weiterer Daten (z.b. Temperatur), verbessertes Interface) Fragen?? 16

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