El manual para el clustering con openmosix

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1 4 S V ep t e r em sio b n er Be 6, ta 2 0! 0 El manual para el clustering con openmosix mikel a.k.a.mc2 Miquel Catala n i Coı t Versio n de septiembre de 2004

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3 4 S V ep t e r em sio b n er Be 6, ta 2 0! 0 Este manual esta dedicado a todos aquellos que han hecho, hacen y hara n que haya algo que documentar. A todos los desarrolladores del proyecto openmosix, muchas gracias. Menciones especiales para: Louis Zechtzer Martin Høy Brian Pontz Bruce Knox Matthew Brichacek Matthias Rechenburg Maurizio Davini Michael Farnbach Mark Veltzer Muli Ben Yehuda (a.k.a. mulix) David Santo Orcero (a.k.a. irbis) Moshe Bar coordinador, autor de MFS y DFSA c mikel a.k.a.mc2 & Kris Buytaert. Copyright Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. A copy of the license is included in the section entitled GNU Free Documentation License.

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5 Este manual ha estado posible gracias a las importantes contribuciones de: Carlos Manzanedo y Jordi Polo. Ambos han aportado texto en los capítulos sobre generalidades de la supercomputación. También del apéndice sobre GNU/Linux. Ingenieros Informáticos por la Universidad de Alcalá de Henares (Madrid). Extractos de la documentación de su proyecto de final de carrera Clusters para Linux (septiembre 2001). David Santo Orcero (irbis). Aportaciones desde su inmenso archivo personal que cubren las secciones de instalación, ajustes y herramientas de usuario de openmosix. La relevancia de dichas aportaciones se deben a que es el desarrolaldor de las mismas. Ingeniero Informático por la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática de Málaga. Asimismo agradezco las colaboraciones de: Ana Pérez Arteaga correcciones ortográficas C. W. Strommer traducción de las PMF (preguntas más frecuentes) Jaime Perea capítulo sobre PCMCIA Marcelo Stutz acceso a openmosixview con ssh y el Stress-Test Ross Moore gracias por contestar todas mis dudas sobre latex2html Todos nosotros nos hemos esforzado y lo haremos para que a usuarios como tú les sea útil esta guía, por ello te animamos a hacernos llegar cualquier ambigüedad, error o consejo para poder mejorarla. También a tí que has sabido ver el poder de la comunidad libre y vas a convertir tus PCs en un supercomputador, gracias.

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7 Lo primero que sueles preguntarte cuando un libro se pone a tu alcance es si valdrá la pena pasar tiempo leyéndolo. Y las dudas parecen ser directamente proporcionales al tamaño del mismo. Sea cual haya sido la referencia que te haya llevado hasta aquí, si has llegado ha sido porque ya te has preguntado: puedo disponer de la potencia de todas mis computadoras a la vez? Igualmente, sea cual haya sido la razón que te ha motivado a pensar en montar tu propio sistema cluster, sabrás que no es fácil andar solo el camino. Montar un supercomputador no es trivial y los autores -y la comunidad que ha querido contribuir en esta documentación- pretenden acompañarte en tu andadura....porque no eres el único cansado de la ley de Moore, porque alguien más piensa que en la unión está la fuerza, porque alguien tiene que hacer el trabajo sucio: sigue leyendo. ABSTRACT Los sistemas cluster hace años que fueron diseñados, la computación paralela y distribuida no es ninguna novedad en el año No obstante no había sido hasta ahora que el usuario había empezado a necesitarlas. La tecnología del silicio está llegando a sus postrimerías y los computadores cuánticos aún están en fase de desarrollo. Mientras grandes empresas, instituciones y universidades selectas disponen -desde hace años- de grandes computadoras superescalares, el usuario había estado relegado -al menos hasta ahora- a máquinas SMP en el mejor de los casos. Pero todo esto está canviando: la demanda de rendimiento no puede ser suplida por la arquitectura monoprocesador y menos por los x86 compatibles. La solución que han adoptado los fabricantes ha estado saltar a arquitecturas de 64 bits o aumentar más aún la frecuencia de bus. Son desplazamientos del mismo problema en el tiempo. En este marco toman mayor importancia los clusters, concebidos para proporcionar cálculo paralelo con componentes habituales en el mercado. Estaciones de trabajo conectadas por red trabajando de forma cooperativa que permiten aumentar notablemente las prestaciones de todas ellas por separado. En este documento se han desarrollado diversos métodos para llegar a construir -y mantener- un cluster openmosix a partir de cero, es decir, desdel hardware. La documentación aportada deja claras las grandes capacidades tecnológicas de openmosix, que se podrán aprovechar en proyectos de pequeña, mediana o gran dimensión gracias a su escalabilidad y flexibilidad. También se enfatiza en la importancia de la aplicación de las tecnologías de programario libre como mejor solución para poner en manos del usuario las mejores herramientas que posibilitarán un futuro enriquecedor tanto tecnológica como socialmente. Este entorno es el que mejor defiende la propia congruencia de intenciones ya sea en la lógica docente, donde priman -o deberían hacerlo- el conocimiento y su libre difusión, o dentro de la lógica empresarial -donde se prioriza el beneficio al menor coste posible-. PALABRAS CLAVE: supercomputación, cluster, gnu/linux, openmosix, ssi, diskless.

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9 Índice de figuras 2.1. Paralelismo. Ejemplo de incremento de speedup obtenido con la ley de Amdahl Arquitecturas. Multiprocesadores en bus Arquitecturas. Multiprocesadores en conmutador Arquitecturas. Red Omega Sistemas distribuidos. Escalabilidad de servicios en una empresa Sistemas operativos. NFS Sistemas operativos. GFS con servidor central Sistemas operativos. SAN La importancia de la red. Topología de redes estáticas La importancia de la red. Barras cruzadas La importancia de la red. Red dinámica con bloqueo La importancia de la red. Red dinámica reordenable La importancia de la red. Encapsulamiento IP La importancia de la red. Conexión TCP Clusters. Cluster a nivel de sistema y nivel de aplicación Clusters HA. Redundancia Clusters HA. Topología típica de un LVS básico Clusters HA. Configuración VS-NAT Clusters HA. Configuración VS-TUN Clusters HA. Configuración VS-DR Clusters HA. Problema del ARP Clusters HA. Funcionamiento del kernel LVS Clusters HA. NAT y DR un caso práctico Clusters HP. Comunicaciones en PVM openmosixview: Aplicación principal openmosixview: Propiedades de los nodos openmosixview: Ejecución avanzada openmosixprocs: Administración de procesos openmosixprocs: La ventana de migrado de un proceso(1) openmosixprocs: La ventana de migrado de un proceso(2) openmosixanalyzer. Historial de actividad de procesamiento del cluster openmosixanalyzer. Estadísticas de los nodos openmosixanalyzer. Historial de actividad de memoria de nuestro cluster openmosixhistory. Un historial de los procesos ejecutados

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11 Índice de cuadros 2.1. Paralelismo. Límites de la computación paralela Arquitecturas. Procesador dividido en 4 etapas y sin dependencias Arquitecturas. Inferioridad del procesador P4 frente a K Sistemas Operativos. Compartición de recursos (1) Sistemas Operativos. Compartición de recursos (2) Sistemas Operativos. MFS Clusters HA. Disposición de servidores con pesos en LVS Clusters HA. Resultado de la elección Clusters HA. Relación de tipos de direcciones IP Clusters HP. Aspectos de implementación Administración: Cambiando los parámetros en /proc/hpc Administración: Binarios en /proc/hpc/admin Administración: Escribiendo un 1 en /proc/hpc/decay Administración: Información adicional sobre los procesos locales Administración: Información de los otros nodos Administración: Parámetros de mosctl con más detalle Administración: Parámetros adicionales para mosrun openmosixview: Condiciones de inicio avanzadas para procesos openmosix a fondo: Datos de la estructura mm stats h El API de openmosix: /proc/hpc/admin/ El API de openmosix: /proc/hpc/decay/ El API de openmosix: /proc/hpc/info/ El API de openmosix: /proc/hpc/remote/ El API de openmosix: /proc/pid/ Nodos diskless: Campos de un paquete del protocolo BOOTP

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13 Índice general 1. Presentación PRELIMINARES Sobre este documento Limitación de responsabilidad Política de distribución Nuevas versiones de este documento Mantenimiento ORGANIZACIÓN Teoria de la supercomputación INTRODUCCIÓN Visión histórica Problemas que se pueden resolver con sistemas paralelos Soluciones actuales que se dan a dichos problemas PARALELISMO Definiciones previas Límites en el hardware Límites del software Granularidad del paralelismo El problema de la transparencia Paralelización de programas Ejemplos de problemas paralelizables ARQUITECTURAS Soluciones hardware Soluciones software SISTEMAS DISTRIBUIDOS Concepto de sistema distribuido y sistema operativo distribuido Necesidad de sistemas distribuidos Desventajas: el problema de la transparencia La tendencia a lo distribuido Implementación de Sistemas Distribuidos SISTEMAS OPERATIVOS Procesos y Scheduling Compartición de recursos Comunicación entre procesos La importancia de los sistemas de ficheros Entrada salida LA IMPORTANCIA DE LA RED La importancia del sistema de comunicación Topologías de red Tecnologías de red Protocolos utilizados a nivel de red

14 Protocolos utilizados a nivel de transporte (UDP/TCP) Diseño de redes Conclusiones Clusters CLUSTERS. NOCIONES GENERALES El concepto de cluster Características de un cluster Clasificación según el servicio prioritario Clusters HP: alto rendimiento Clusters HA: alta disponibilidad Clusters HR: alta confiabilidad CLUSTERS HA Introducción El interés comercial Conceptos importantes Soluciones libres LVS (Linux Virtual Server) CLUSTERS HP Conceptos importantes: migración y balanceo) PVM y MPI Beowulf openmosix TOP REQUERIMIENTOS Y PLANTEAMIENTOS Requerimientos hardware Lineas básicas en la configuración del hardware Planteamientos del cluster Clustering con openmosix QUÉ ES REALMENTE OPENMOSIX? Una muy breve introducción al clustering Una aproximación histoórica CARACTERISTICAS DE OPENMOSIX Pros de openmosix Contras de openmosix Subsistemas de openmosix El algoritmo de migración INSTALACIÓN DE UN CLUSTER OPENMOSIX Instalación del kernel de openmosix Instalación de las herramientas de área de usuario Configurando la topología del cluster Las herramientas de área de usuario Optimizando el cluster ADMINISTRACIÓN DEL CLUSTER Administración básica Configuración Las herramientas de área de usuario Detección automática de nodos AJUSTES EN EL CLUSTER Testeo de rendimiento con Stress-Test OPENMOSIXVIEW Instalación Utilizando openmosixview openmosixprocs

15 openmosixcollector openmosixanalyzer openmosixhistory openmosixview + SSH FAQ de openmosixview -preguntas más frecuentes PROBLEMAS MÁS COMUNES No veo todos los nodos FAQ de openmosix -preguntas más frecuentes PARA MÁS INFORMACIÓN openmosix a fondo The openmosix internals (Moshe Bar) MODELIZACIÓN MATEMÁTICA DE PROCEDIMIENTOS /arch/* config.in defconfig entry.s i387.c ioport.c offset.c ptrace.c signal.c vm86.c /Documentation/* /drivers/* /fs/* /hpc/* badops.c balance.c mig.c info.c comm.c config.c load.c remote.c /include/* hpc.h /init/* main.c /ipc/* shm.c /kernel/* /lib/* rwsem.c rwsem-spinlock.c /mm/* /net/* EL API DE OPENMOSIX Tutoriales útiles para casos especiales Nodos sin discos Componentes hardware requeridos Componentes hardware prescindibles Ventajas e inconvenientes Croquis de la arquitectura

16 Diálogo de comunicación Servicios requeridos Configuración de los servicios requeridos ROMs para arranque sin discos Live Linux CD! Funcionando desde cdrom Consideraciones previas Dispositivos ramdisk en linux Modificaciones a linux Creando el cdrom Últimos detalles Referencias Apéndices APÉNDICE A: Aplicaciones funcionando, o no APÉNDICE B: Salidas de comandos y ficheros lspci /proc/bus/pci/devices /etc/mtab y df /etc/lilo.conf syslinux.cfg rpld.conf dhcpd.conf APÉNDICE C: Acrónimos GNU Free Documentation License PREAMBLE APPLICABILITY AND DEFINITIONS VERBATIM COPYING COPYING IN QUANTITY MODIFICATIONS COMBINING DOCUMENTS COLLECTIONS OF DOCUMENTS AGGREGATION WITH INDEPENDENT WORKS TRANSLATION TERMINATION FUTURE REVISIONS OF THIS LICENSE

17 Capítulo 1 Presentación

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19 1.1. PRELIMINARES

20 4 Capítulo 1. Presentación Now this is not the end. It s not even the beginning of the end. But it s, perhaps, the end of the beginning. Winston Churchill Primero fue MOSIX, ahora es openmosix, un proyecto mucho más interesante no sólo desde un punto de vista técnico sino porque se han mejorado los términos de la licencia que mantenía a MOSIX bajo código propietario. Este manual está dirigido a conocer el proyecto openmosix y no MOSIX por la simple razón que el primero tiene un sector de usuarios mucho más amplio y con mayores garantías de crecer en los próximos tiempos (Moshe Bar estima que el 97 % de los usuarios de la antigua comunidad MOSIX migraron a openmosix durante el primer año, 2002). Parte de los capítulos que aquí se presentan pertenecen íntegramente a la literatura que Kris Buytaert ha escrito en el The openmosix Howto. Se ha añadido no obstante otra documentación (escrita o traducida) llegada de las personas que se han querido sumar a este proyecto de documentación, a los cuales ya se ha hecho referencia. Intentado abarcar el mayor abanico de usuarios se ha organizado el texto en términos de complejidad creciente. Esperamos que esto suponga una ventaja a la gran mayoría de lectores para que podáis ahondar y ampliar conocimientos sobre openmosix y, como no, en GNU/Linux. Nada une ya a MOSIX y openmosix, e intentar buscarles parecidos resultará, como los grandes avances en el proyecto demuestran, cada vez más difícil. Este manual no es la documentación del proyecto MOSIX Sobre este documento Este documento te dará una amplia descripción de openmosix, un paquete software que posibilita que una red de computadoras basadas en GNU/Linux funcionen como un cluster. A lo largo de este camino que empezaremos juntos se introducirán conceptos como la computación paralela, breves tutoriales para programas que tengan utilidades especiales para las posibilidades que openmosix pueda ofrecerte, e incluso un repaso histórico sobre los inicios del clustering como nueva alternativa en la supercomputación. Será importante saber con qué nos estamos manejando y conocer también por qué la computación masiva está tirando hacia esta dirección. Kris Buytaert escribió el HOWTO original en febrero de 2002, cuando Scot Stevenson buscaba a alguien para llevar a cabo este trabajo de documentación. Esta versión en castellano fue iniciada por mikel a.k.a.mc2 en el mismo año como parte del trabajo de final de carrera en la EPS (Escola Politcnica Superior, Lleida, Espaa) para la Ingenier ia Técnica Informática. El contenido del howto oficial se traducirá aquí, en ocasiones ampliado Limitación de responsabilidad Utilice la información contenida en este documento siendo el único responsable del riesgo que puedan correr sus equipos. Yo mismo y el equipo de colaboradores repudiamos cualquier responsabilidad sobre las consecuencias que el seguimiento de estos contenidos puedan provocar. El seguimiento de los ejemplos aquí descritos corren a cargo del lector. Es recomendable hacer copias de seguridad (backups) de su sistema antes de iniciar cualquier instalación, ya que el trabajo desde root (administrador de su equipo UNIX) puede provocar pérdidas y/o modificaciones irreversibles de su información Política de distribución Este documento puede ser distribuido bajo condiciones de la GNU Free Documentation License, Versión1.2 o cualquier otra versión publicada por la Free Software Foundation, sin textos en portada o en la contraportada. Existe una copia de la licencia incluida en el último capítulo titulado GNU Free Documentation License.

21 1.1. PRELIMINARES Nuevas versiones de este documento Las versiones oficiales de este documento serán hospedadas en LuCAS 1 y en mi propia web 2. Los borradores de la documentación oficial (en inglés) se encontrarán en la web de Kris Buytaert 3 en el subdirectorio apropiado. Los cambios en este documento normalmente serán anunciados en las listas de distribución de openmosix. Los posibles cambios en ésta, la versión en castellano, serán igualmente anunciados en la citada lista y podrás obtenerla en mi sitio web en los formatos PS, PDF o HTML Mantenimiento Actualmente este manual está mantenido por mikel a.k.a.mc2 (Miquel Catalán i Coït), por favor manda tus dudas o preguntas a la dirección de correo electrónico que encontrarás en su sitio web. Para dudas concretas sobre la tecnología openmosix, por favor dirígete a las listas de correo del proyecto (ver sección Para más información)

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23 1.2. ORGANIZACIÓN ORGANIZACIÓN El manual para el clustering con openmosix ha sido dividido en nueve capítulos, a la vez divididos en diversas secciones. Seguidamente se expone un breve resumen de cada una de ellas. CAPITULO I: Presentación Sección 1.1: Preliminares. Se define la limitación de responsabilidad de los autores respecto el seguimiento de los ejemplos aquí contenidos y se indica dónde encontrar nuevas versiones de este documento. Sección 1.2: Organización. Esta sección. CAPITULO II: Teoria de la supercomputación Sección 2.1: Introducción. Se introduce al lector en el contexto histórico-económico en que se desarrollan las diferentes arquitecturas paralelas. Se dan las bases para comprender qué objetivos se persiguen aquí. Sección 2.2: Paralelismo. Conceptos teóricos sobre el modelo matemático existente tras la paralelización de procesos. Se explican algunos límites conocidos. Sección 2.3: Arquitecturas. Construcciones físicas que pueden implementarse con los componentes de que debe disponer todo sistema basado en el esquema de Von Newman. Sección 2.4: Sistemas distribuidos. Se especifica en un tipo de arquitectura, consistente en distribuir los recursos entre varias estaciones de trabajo. Ésta será la arquitectura sobre la que se centrará el clustering en los siguientes capítulos. CAPITULO III: Implementación de los Sistemas Distribuidos Sección 3.1: Sistemas operativos. Nociones sobre los principales módulos de que se componen. Útil para entender el rol de la migración, la problemática que aporta y, consecuentemente, qué componentes deberán ser modificados para dotarlos de este servicio. Sección 3.2: La importancia de la red. Uno de los recursos que marcará el rendimiento de nuestra arquitectura será la interconnectividad entre nodos. CAPITULO IV: Clusters Sección 4.1: Nociones generales. Sección 4.2: Clusters HA. Clusters de alta disponibilidad. Sección 4.3: Clusters HP. Clusters de alto rendimiento. Sección 4.4: Requerimientos y planteamientos. Construir un cluster no es algo trivial, así que habrá que tener en cuenta ciertos aspectos tanto a nivel físico como de programario. CAPITULO V: Clustering con openmosix Sección 5.1: Qué es realmente openmosix? Se expone la situación de los clusters y la necesidad de openmosix dentro del marco de la supercomputación. Se da un ejemplo de como puede sernos útil un cluster en la vida cuotidiana. Sección 5.2: Características de openmosix. Se divide el concepto de openmosix en sus cuatro subsistemas. Se analizan brevemente sus pros y contras así como la política que se ha implementado para conseguir la migración de procesos. Sección 5.3: Instalación de un cluster openmosix. Se dan los pasos para llegar a convertir un PC en el nodo de un cluster. Este capítulo ha sido redactado íntegramente por el Dr. David Santo Orcero, uno de los desarrolladores de openmosix. Sección 5.4: Administración del cluster. Una vez hecha la instalación convendrá saber administrarla tanto para adaptarla a necesidades concretas como para evitar agujeros de seguridad.

24 8 Capítulo 1. Presentación Sección 5.5: Ajustes en el cluster. Si algo debe preocupar en la computación paralela es el rendimientos que proporciona el sistema. Aquí se exponen algunas pautas a seguir para comprobar que todo funciona a pleno rendimiento. Sección 5.6: openmosixview. Nunca está de más disponer de un interfaz gráfico para podernos manejar más intuitivamente. Sección 5.7: Problemas más comunes. Seguramente habrá algún percance durante el proceso. Aquí se intentan cubrir los puntos conflictivos. Sección 5.8: Para más información. El proyecto openmosix es un proyecto muy vivo y como tal tiene una magnífica comunidad de seguidores que estaremos encantados de responder tus dudas en la listas de distribución o foros. CAPITULO VI: openmosix a fondo Comentarios sobre el código fuente. CAPITULO VII: Tutoriales para casos especiales Sección 7.1: Nodos sin discos. Generalmente el cluster lo conformaremos con computadoras de sobremesa con todo el hardware para funcionar independientemente. No obstante, ésta no es la única alternativa. Sección 7.2: ROMs para arranque sin discos. Parte relativa a la sección anterior. Aquí se explica como construir las roms necesarias. Sección 7.3: Live Linux CD! Linux en un cdrom. La potencia y flexibilidad de las metadistros puede también obtenerse a partir de una instalación hecha. Aquí se expone un método para pasar una instalación de disco duro a cdrom arrancable. CAPITULO VIII: APÉNDICES. En los apéndices se incluye información adicional sobre los temas que se han tratado en el documento. o aclarar el formato de algún fichero. Sección 8.1: Aplicaciones funcionando, o no. Clasificación de las aplicaciones más utilizadas según permitan migración de procesos o no. Sección 8.2: Salidas de comandos y ficheros. Formato de diferentes ficheros y formas de configuración. Sección 8.3: Acrónimos. Útiles para conocer cualquier acrónimo aparecido. CAPITULO IX: GNU Free Documentation License. Cláusulas que rigen el uso de este documento.

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