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Serveur Clafoutis: Créer une grappe de calcul Super-Clafoutis

Introduction

  • En bioinformatique, une analyse ne demande pas de faire une simple opération sur un seul fichier mais la même opération (ou l'usage du même programme mais avec des paramètres modifiés) sur des dizaines, sinon, des milliers de fichiers. Est-ce qu'on fait ça de manière sérielle, une tâche à la fois? Non, ça prendrait trop de temps :-) . Donc on utilise un ensemble d'ordinateurs, exécutant les opérations de manière parallèle ou pseudo-parallèle, et interconnectés par un réseau de communication à haute vitesse: c'est un cluster ou une grappe de calcul.
  • Une grappe peut-être une bête très impressionnante. Ici au Québec, les grappes de calcul Béluga et Narval ont respectivement plus de 38000 et et 81000 coeurs de calcul! Alors comment des Raspberry Pi peuvent-ils se comparer?
  • Primo: ce sont de merveilleux outils d'enseignement et d'apprentissage. Une grappe de calcul ne s'emploie pas comme un ordinateur simple et il est nécessaire d'apprendre comment exécuter les tâches. Apprendre sur de grosses infrastructures peut poser problème…
  • Secundo: pour certains usagers, faire du calcul parallèle n'est peut-être pas possible sur une infrastructure partagée. Les faibles coûts du RPi rend la construction d'une grappe basée sur eux plus facile et abordable.

Installation du matériel

  • Donc, quel est le matériel nécessaire? Dans l'ordre:
    • Plusieurs Raspberry Pi 4B ou Raspberry Pi 5 avec 8Gb et leur espace de stockage système (au minimum, des cartes MicroSD ou des clés USB de qualité avec une capacité minimale de 64Gb);
    • Idéalement, autant de carte HAT PoE ou PoE+ (pour le Raspberry Pi 5) que de RPi pour l'alimentation électrique via le commutateur Ethernet.
      • Une alternative est une alimentation électrique capable d'alimenter plusieurs dispositifs USB, procurant 15W/20W par port (5V/3A ou 5V/4A).
    • Un commutateur Gigabit Ethernet, idéalement capable d'alimenter en électricité les RPi via le protocole PoE ou PoE+ (pour des Raspberry Pi 5).
      • Une caractéristique souhaitable est la capacité de lier (bonding) plusieurs interfaces pour créer une interface à plus forte capacité pour le NAS.
      • Si votre NAS possède un port 10Gb Ethernet, trouver un commutateur avec un port 10Gb Ethernet disponible.
    • Un stockage partagé de type NAS, idéalement avec 4 ports réseau 1Gb capables d'être mis en commun via LACP.
      • Si votre NAS possède un port 10Gb Ethernet ou bien peut accueillir une carte 10Gb Ethernet, c'est encore mieux :-).
    • Un système physique d'installation des RPi, ou bien en rack ou en bloc.
      • Exemple ici et ici (à titre de démonstration)

Installation logicielle en pré-requis

  • Tous les RPi ont accès aux volumes partagés par le NAS (via NFS) sous /opt/bio (afin d'avoir les mêmes applications), /home (pour que les RPi puissent écrire sur le même espace) et tout autre répertoire nécessaire (par exemple, /shares/data pour le stockage des données partagées).
  • Si nécessaire. installer les librairies nécessaires sur les noeuds de calcul.
  • Nous installerons le système de gestion des tâches SLURM et ses dépendances, le système d'authentification pour grappe de calcul MUNGE et le système de base de données MariaDB pour la gestion des données provenant des tâches exécutées.

Protocole d'installation

Étape 0: Opérations préliminaires
  • Modifiez le fichier /etc/hosts de tous les ordis qui feront partie de la grappe en inscrivant les infos associant nom de serveur et adresse IP. Par exemple, pour une grappe de 5 ordis où gru est le contrôleur et les ordis minion01 à minion04 seront les noeuds de calcul, on écrit ceci à la fin du fichier (les valeurs *.a.xy0 à *.a.xy4 sont évidemment spécifiques à votre réseau):

# Super Clafoutis
192.168.a.xy0 gru
192.168.a.xy1 minion01 
192.168.a.xy2 minion02 
192.168.a.xy3 minion03 
192.168.a.xy4 minion04 

  • Pour faciliter l'accès inter-machines, utilisons l'accès SSH sans mot de passe via la création et l'installation d'une clé d'authentification:

# Sur gru | Pas besoin d'utiliser de phrase d'accès donc simplement presser enter lorsque demandé
% ssh-keygen -t rsa
# On copie la clé sur chaque minion
% for i in {1..4}; do ssh-copy-id monUsager@minion0$i;done 

  • Pour le bon fonctionnement de slurm, les identificateurs d'usager (UUID) et de groupe (GUID) doivent être identiques pour tous les RPi de la grappe. Si nécessaire, il faudra les modifier dans les fichiers /etc/passwd et /etc/group.
Étape 1: Installation de MUNGE
  • Il faut installer MUNGE sur tous les ordinateurs de la grappe:

 % sudo apt install munge 

  • À la suite de cette opération, l'usager munge sera créé sur chaque système, le processus munged sera démarré par cet usager et les permissions nécessaires seront données au répertoire /etc/munge et /etc/default/munge
  • Dans le fichier /etc/default/munge du contrôleur gru, insérer la ligne suivante dans le fichier /etc/default/munge (par ex., via nano):

 OPTIONS="--syslog --key-file /etc/munge/munge.key" 

  • Créer une clé d'encryption sur le contrôleur gru qui sera utilisée pour les communications entre les noeuds:

 % sudo -u munge mungekey --verbose 

  • Par défaut, mungekey crée une clé de 1024 bits, bien assez pour un usage de labo, sous /etc/munge;-) De plus, il aura les bonnes permissions.
  • Démarrer/re-démarrer le service munge et vérifier qu'il fonctionne (les lignes affichées ne devraient pas contenir le mot ERROR ou FAILED…):

 % sudo -u munge systemctl start munge && systemctl status munge 

  • Il faut maintenant, sur chaque noeud de la grappe, installer munge et copier la clé d'encryption qui se trouve sur le contrôleur. NOTE : pour réussir cela, il faudra permettre l'accès ssh à l'usager root sur les noeuds de traitement en activant la paramètre PermitRootLogin yes du fichier /etc/ssh/sshd_config et en redémarrant le service ssh. Donc si on imagine notre grappe de 4 noeuds appelés minion01 à minion04:

 % for i in `seq 1 4`; do sudo scp /etc/munge/munge.key minion0${i}:/etc/munge/munge.key; done 

  • Ne pas oublier de retirer l'option PermitRootLogin yes dans le fichier /etc/ssh/sshd_config de chaque minion et de redémarrer le service ssh! Simplement ajouter le caractère # en 1ère position sur la ligne.
  • Il reste à redémarrer le service munge et à vérifier que les RPi se reconnaissent:

 
# Sur chaque minion 
% sudo -u minion systemctl restart munge 
# Sur le controleur gru vers un des minions 
# A faire pour tous les minions pour s'assurer que ça fonctionne entre tout le monde. 
% ssh minion01 munge -n | unmunge
# Vous devriez voir une sortie au terminal qui ressemble à ça: 
STATUS: Success (0) 
ENCODE_HOST: minion01 (192.168.1.xy1) 
ENCODE_TIME: 2022-07-02 10:36:24 -0400 (1656772584) 
DECODE_TIME: 2022-07-02 10:36:30 -0400 (1656772590) 
TTL: 10 
CIPHER: aes128 (4) 
MAC: sha256 (5) 
ZIP: none (0) 
UID: bioubuntu (1030) 
GID: users (100) 
LENGTH: 0 

  • Pour s'assurer que le service munge soit démarré à chaque redémarrage des serveurs:

 % sudo systemctl enable munge 

Étape 2: Installation de SLURM sur le noeud contrôleur
  • On commence par l'installation de SLURM via apt sur tous les RPi:

 % sudo apt install slurm-wlm 

  • À la suite de cette opération, tous les RPi auront les bons répertoires avec les bonnes permissions ;-)
  • Il faut maintenant créer un fichier de configuration slurm.conf sous /etc/slurm.

 
# 
% sudo cp /usr/share/doc/slurm-client/examples/slurm.conf.simple.gz /etc/slurm 
# 
% cd /etc/slurm && gzip -d slurm.conf.simple.gz 
% sudo mv slurm.simple slurm.conf 

  • Il vous suffit de l'éditer pour qu'il ressemble à ceci:

ClusterName=clafoutis
SlurmctldHost=gru(192.168.1.xy0)
#SlurmctldHost=
#
#DisableRootJobs=NO
#EnforcePartLimits=NO
#Epilog=
#EpilogSlurmctld=
#FirstJobId=1
#MaxJobId=67043328
#GresTypes=
#GroupUpdateForce=0
#GroupUpdateTime=600
#JobFileAppend=0
#JobRequeue=1
#JobSubmitPlugins=lua
#KillOnBadExit=0
#LaunchType=launch/slurm
#Licenses=foo*4,bar
#MailProg=/usr/bin/mail
#MaxJobCount=10000
#MaxStepCount=40000
#MaxTasksPerNode=512
MpiDefault=none
#MpiParams=ports=#-#
#PluginDir=
#PlugStackConfig=
#PrivateData=jobs
ProctrackType=proctrack/linuxproc
#Prolog=
#PrologFlags=
#PrologSlurmctld=
#PropagatePrioProcess=0
#PropagateResourceLimits=
#PropagateResourceLimitsExcept=
#RebootProgram=
ReturnToService=1
SlurmctldPidFile=/run/slurmctld.pid
SlurmctldPort=6817
SlurmdPidFile=/run/slurmd.pid
SlurmdPort=6818
SlurmdSpoolDir=/var/lib/slurm/slurmd
SlurmUser=slurm
#SlurmdUser=root
#SrunEpilog=
#SrunProlog=
StateSaveLocation=/var/lib/slurm/slurmctld
SwitchType=switch/none
#TaskEpilog=
TaskPlugin=task/affinity
#TaskProlog=
#TopologyPlugin=topology/tree
#TmpFS=/tmp
#TrackWCKey=no
#TreeWidth=
#UnkillableStepProgram=
#UsePAM=0
#
#
# TIMERS
#BatchStartTimeout=10
#CompleteWait=0
#EpilogMsgTime=2000
#GetEnvTimeout=2
#HealthCheckInterval=0
#HealthCheckProgram=
InactiveLimit=0
KillWait=30
#MessageTimeout=10
#ResvOverRun=0
MinJobAge=300
#OverTimeLimit=0
SlurmctldTimeout=120
SlurmdTimeout=300
#UnkillableStepTimeout=60
#VSizeFactor=0
Waittime=0
#
#
# SCHEDULING
#DefMemPerCPU=0
#MaxMemPerCPU=0
#SchedulerTimeSlice=30
SchedulerType=sched/backfill
SelectType=select/cons_res
SelectTypeParameters=CR_Core
#
#
# JOB PRIORITY
#PriorityFlags=
#PriorityType=priority/basic
#PriorityDecayHalfLife=
#PriorityCalcPeriod=
#PriorityFavorSmall=
#PriorityMaxAge=
#PriorityUsageResetPeriod=
#PriorityWeightAge=
#PriorityWeightFairshare=
#PriorityWeightJobSize=
#PriorityWeightPartition=
#PriorityWeightQOS=
#
#
# LOGGING AND ACCOUNTING
#AccountingStorageEnforce=0
#AccountingStorageHost=
#AccountingStoragePass=
#AccountingStoragePort=
AccountingStorageType=accounting_storage/none
#AccountingStorageUser=
#AccountingStoreFlags=
#JobCompHost=
#JobCompLoc=
#JobCompPass=
#JobCompPort=
JobCompType=jobcomp/none
#JobCompUser=
#JobContainerType=job_container/none
JobAcctGatherFrequency=30
JobAcctGatherType=jobacct_gather/none
SlurmctldDebug=info
SlurmctldLogFile=/var/log/slurm/slurmctld.log
SlurmdDebug=info
SlurmdLogFile=/var/log/slurm/slurmd.log
#SlurmSchedLogFile=
#SlurmSchedLogLevel=
#DebugFlags=
#
#
# POWER SAVE SUPPORT FOR IDLE NODES
(optional)
#SuspendProgram=
#ResumeProgram=
#SuspendTimeout=
#ResumeTimeout=
#ResumeRate=
#SuspendExcNodes=
#SuspendExcParts=
#SuspendRate=
#SuspendTime=
#
#
# COMPUTE NODES
NodeName=minion01 NodeAddr=192.168.1.xy1 CPUs=4 Sockets=1 CoresPerSocket=4 ThreadsPerCore=1 State=UNKNOWN
NodeName=minion02 NodeAddr=192.168.1.xy2 CPUs=4 Sockets=1 CoresPerSocket=4 ThreadsPerCore=1 State=UNKNOWN
NodeName=minion03 NodeAddr=192.168.1.xy3 CPUs=4 Sockets=1 CoresPerSocket=4 ThreadsPerCore=1 State=UNKNOWN
NodeName=minion04 NodeAddr=192.168.1.xy4 CPUs=4 Sockets=1 CoresPerSocket=4 ThreadsPerCore=1 State=UNKNOWN
PartitionName=all Nodes=ALL Default=YES MaxTime=INFINITE State=UP

  • Remarquez que gru ne fait pas partie de la liste de noeuds de travail de la grappe. Si il y était, il recevrait des tâches ce qui le ralentirait pour le travail interactif. Assurez vous maintenant de copier ce fichier sur tous les RPi faisant partie de la liste des noeuds de travail.
  • Sur gru, faites les commandes suivantes:

 
% sudo systemctl enable slurmctld 
% sudo systemctl restart slurmctld 

  • Vous ne devriez pas voir de messages d'erreur avec la commande systemctl status slurmctl. Sur les noeuds de travail, on fait une tâche similaire:

 
% sudo systemctl enable slurmd 
% sudo systemctl restart slurmd 

  • Vérifier que le contrôleur voit les machines:

 
% sinfo 
PARTITION AVAIL TIMELIMIT NODES STATE NODELIST 
all*      up    infinite  1     idle  minion01 

  • Si l'état (STATE) d'une machine est à drain ou à down, exécuter la commande suivante et refaite la commande sinfo pour vérifier le retour à la normale:

 
% Sur minion01 par ex.: 
% sudo scontrol update nodename=minion01 state=idle 

  • Note: si à tout moment, un noeud “tombe” et doit être redémarré, il faut refaire cette commande en spécifiant le noeud en défaut.
  • Si tout fonctionne, le commande suivante devrait vous retourner les noms de tous les noeuds de travail:

 
% srun -l hostname 
0: minion01 
1: minion02 
2: minion03 
3: minion04 

Annexe: Installation/Utilisation de l'utilitaire sacct
  • Une grappe de calcul est la plupart du temps une ressource partagée par un ensemble. Pour assurer le suivi des opérations et de l'usage fait d'une grappe, il est nécessaire d'avoir des fonctions de journalisation spécifiques aux programmes de la suite SLURM: c'est le programme sacct. Dans une grappe Super-Clafoutis, surtout destinée à une recherche individuelle, sacct est aussi très utile car c'est avec lui qu'il est possible de comprendre pourquoi des tâches ne pourraient avoir été exécutées ou complétées.
  • SLURM utilise MySQL comme application externe pour stocker et gérer les données sur les tâches exécutées. Une installation Impilo installe le serveur et le client MySQL mais n'en fait pas l'initialisation… Un tutoriel pour ce faire se trouve ici; essentiellement, il faut suivre les instructions présentées dans l'étape 2 du processus d'installation.
  • En exécutant le script mysql_secure_installation, choisissez les paramètres les plus robustes tel que:
    1. Donner un mot de passe robuste pour l'usager root (attention: root de MySQL n'est pas le même que root du système);
    2. Effacer l'usager anonymous;
    3. Ne pas permettre de connexion externe pour root;
    4. Effacer la base de données de démonstration appelée test.
  • Les premières étapes se font dans MySQL ;-) Commençons par créer l'usager slurm, qui effectuera toutes les opérations sur les bases de données de SLURM:

# On opère MySQL en tant qu'usager root de MySQL
% mysql -u root -p
# On entre dans MySQL et le prompt mysql> vous le démontre!
# Evidemment, le mot de passe est à votre discrétion... Ici, ce n'est que pour
# des fins de démonstration; vous êtes averti...
mysql> CREATE USER 'slurm'@'localhost' IDENTIFIED BY 'bioubuntu';
Query OK, 0 rows affected (0.16 sec)

  • Ensuite on crée les bases de données nécessaires:

mysql> create database slurm_acct_db;
Query OK, 1 row affected (0.04 sec)

mysql> create database slurm_job_db;
Query OK, 1 row affected (0.04 sec)

  • On termine la mise en place sur MySQL en donnant les permissions nécessaires à l'usager slurm:

mysql> grant all privileges on slurm_acct_db.* to 'slurm'@'localhost';
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)

mysql> grant all privileges on slurm_job_db.* to 'slurm'@'localhost';
Query OK, 0 rows affected (0.03 sec)

  • On installe le package slurmdbd:

% sudo apt install slurmdbd

  • Il faut créer un fichier de configuration pour slurmdbd, appelé /etc/slurm/slurmdbd.conf avec les infos suivantes:

AuthType=auth/munge
AuthInfo=/var/run/munge/munge.socket.2
DbdHost=localhost
StoragePort=3306
StorageUser=slurm
# Evidemment, mettre celui que vous aurez choisi ci-dessus
StoragePass=bioubuntu
StorageType=accounting_storage/mysql
StorageLoc=slurm_acct_db
LogFile=/var/log/slurm/slurmdbd.log
PidFile=/var/run/slurm/slurmdbd.pid
SlurmUser=slurm

  • Assurez-vous d'avoir les bonnes permissions:

% sudo clown root: /etc/slurm/slurmdbd.conf

  • Vérifiez que ça baigne en initialisant la base de données avec slurmdbd

% sudo slurmdbd -D -vvv
# Vous allez voir plein de texte défilé pour la création des tables et l'initialisation
# de MariaDB pour slurmdbd...

  • Plus à venir….

Références

fr/install/clafoutis/ubuntu_cluster_install.txt · Dernière modification : 2024/12/18 11:20 de foisys
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