Cluster sólido como rocha

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1 Criação de clusters virtuais com o Rocks Cluster sólido como rocha CAPA O Rocks oferece uma solução fácil para criação de clusters de máquinas virtuais. por Matthew D. Sacks Rocks é uma distribuição Linux e um sistema de gerenciamento de clusters que permite a instalação rápida de clusters Linux em hardware físico ou contêineres virtuais Xen. Um cluster Rocks [1] é fácil de instalar e oferece todos os benefícios da virtualização para os nós membros do cluster. Com pelo menos duas máquinas físicas, o Rocks permite a instalação simples e rápida de clusters, assim como seu gerenciamento, liberando o administrador para se concentrar no suporte à computação em grid e às aplicações distribuídas que tornam os clusters uma opção tão atraente. A distribuição Rocks padrão traz várias ferramentas de código aberto de alto desempenho distribuídas e paralelas, tais como o Grid Engine [2] da Sun, OpenMPI [3] e Condor. Essa poderosa coleção de recursos avançados é um dos motivos pelos quais a NASA, a NSA (agência nacional de segurança dos EUA), a IBM, o Austin Research Lab, a Marinha dos EUA, o MIT, Harvard e a Universidade Johns Hopkins estão usando o Rocks em algumas de suas aplicações mais exigentes. Virtualizar clusters? Os argumentos a favor do uso de clusters virtuais são os mesmos que justificam qualquer solução de virtualização: flexibilidade, facilidade de gerenciamento e uso eficiente de hardware. Por exemplo, num ambiente em que sistemas operacionais de 32 e 64 bits precisam coexistir, a virtualização é uma solução muito mais eficiente do que tentar suportar duas plataformas de hardware diferentes num único cluster. 49

2 CAPA Rocks Internet Pública /24 Nó central /24 Switch Figura 1 Exemplo de configuração do Rocks. Pré-instalação Antes de instalar o cluster, certifique-se de que todos os componentes necessários estejam disponíveis. Clusters Rocks podem ser configurados de várias formas diferentes, com várias configurações de rede. O Rocks pode ser instalado em contêineres virtuais ou diretamente no hardware físico. O exemplo fornecido neste Figura 2 Seleção de rolls no Rocks. Nós computacionais ou Contêineres MV artigo presume que haja pelo menos duas máquinas físicas para implementação do nó central e pelo menos um contêiner de MV. O nó central requer ao menos 1 GB de memória RAM e o contêiner de MV deve possuir pelo menos 4 GB de memória (o Rocks exige um mínimo de 1 GB). É essencial garantir que o hardware seja suportado pelo sistema operacional Rocks. Ele se baseia no CentOS, então basta conferir se o hardware consta na lista de compatibilidade do Red Hat. A regra geral é usar itens muito difundidos, principalmente no tocante a adaptadores de rede e de vídeo. A configuração de rede básica do Rocks supõe a presença de uma rede pública e outra privada para o contêiner de MV e seus nós computacionais. O nó central deve possuir duas interfaces de rede, e os nós computacionais precisam de pelo menos uma interface para conectar-se à rede privada do nó central. Além disso, é preciso um switch que conecte os vários contêineres de MV ao nó central. Veja a figura 1 para um exemplo de configuração de rede para o Rocks. Preparação Para instalar o Rocks, insira seu DVD ou CD e inicie o sistema a partir dessa mídia. O Rocks vai pedir os rolls. No léxico do Rocks, um roll é uma coleção de softwares com uma tarefa específica. Uma configuração básica requer os rolls Kernel/Boot, Base, Web Server e OS 1 e 2, assim como o roll Xen para o suporte à virtualização de clusters. A configuração-base não é muito interessante, então é bom pesquisar os vários rolls disponíveis [4] para incluir os de computação distribuída ou em grid conforme desejado e também para se divertir com o Rocks. Bons pontos de partida incluem o Sun Grid Engine (SGE), o Torque e o roll HPC. A splash screen vai pedir um modo de inicialização. Para fazer a instalação do nó central, digite frontend e pressione [Enter]. Se isso não for feito dentro de poucos segundos, o instalador entrará na instalação de nó computacional. Se isso acontecer, reinicie o sistema e digite frontend no prompt antes da inicialização automática. Ao final da inicialização pelo CD, o sistema tentará contactar um servidor DHCP, mas se não conseguir encontrar um nas duas interfaces de rede, ele pedirá uma configuração de rede. O mais provável é que a eth0 consiga um IP e a eth1 (na rede privada do cluster) não tenha um servidor DHCP. Nesse caso, instale um servidor DHCP na rede privada interna ou selecione manual configuration e forneça o endereço IPv4 da interface, o do roteador e o do servidor DNS manualmente. Com a rede conecta- 50

3 Rocks CAPA da, selecione OK para proceder à instalação do nó central. Aparecerá uma tela com a mensagem Welcome to Rocks. Ela permite fazer a instalação a partir de DVDs, CDs ou da rede. A forma mais fácil é baixar o DVD antes e instalar a partir dele, pois ele contém a maioria dos rolls e pacotes oferecidos no site do Rocks. Com o DVD no leitor, clique em CD/DVD Based Roll e depois escolha o roll desejado. O sistema Rocks básico consiste no kernel, sistema operacional, servidor web e roll básico. Para configurar um cluster virtual, também é necessário o roll Xen (figura 2). Agora selecione os rolls recomendados e clique em Submit. Os rolls selecionados agora aparecem à esquerda da tela de instalação. Clicar em Next inicia a instalação. Digitar as informações do cluster fornece sua identificação caso seja registrado em rocksclusters. org. Vários prompts pedem informações de configuração, como as de rede em eth0 e eth1, a senha de root, o fuso horário e o esquema de particionamento. Instalação O instalador inicia e exibe uma caixa que informa que os scripts de pré-instalação estão em execução. Depois, o instalador cria o sistema de arquivos e um instalador gráfico muito semelhante ao do Red Hat Enterprise Linux será exibido, com imagens das pirâmides e do Tio Sam incentivando fãs de clusters a registrarem seus clusters em nome da National Science Foundation americana (figura 3). Nota: Se você tiver selecionado uma instalação de rede, os rolls serão baixados da Internet antes de a instalação começar. Num certo ponto durante esse processo, a mídia de instalação deve ser automaticamente ejetada, devendo você retirá-la; caso contrário, monitore com cuidado o Figura 3 O Tio Sam pede sua contribuição para o registro de clusters. processo de instalação, pois às vezes o computador entra em outra instalação quando a mídia de instalação não é retirada. Com a instalação completada, o sistema reinicia automaticamente e exibe uma tela azul de login do CentOS 5. Agora que o nó central foi instalado, já podemos iniciar a instalação dos vários contêineres de MV e nós computacionais. Contêineres de MV Os nós computacionais fazem todo o trabalho e servem como sistemas individuais que compõem o supercomputador que estamos construiindo. É possível criar nós computacionais em quantas máquinas físicas desejarmos. Um cluster pode ter 500 servidores num grande data center, ou pode conter duas máquinas sob uma mesa. Para desfrutar dos benefícios da virtualização num cluster, um contêiner de máquina virtual será usado para instalarmos os nós computacionais. Instalar nós computacionais num contêiner Xen acelera a instalação e o gerenciamento dos nós computacionais do cluster. Para começar a instalar os nós computacionais, faça login no central e abra um terminal. Na primeira vez que o terminal abre, será pedido que você crie um arquivo de chave SSH. Para aceitar os valores padrão, Exemplo 1: Verificar o status de máquinas virtuais 01 ~]# rocks list host vm VM HOST SLICE MEM CPUS MAC HOST STATUS 04 compute 0 0 1: :16:3e:00:00:02 05 compute 0 0 2: :16:3e:00:00:03 06 compute 0 0 3: :16:3e:00:00:04 51

4 CAPA Rocks Quadro 1: Comandos Para um nó computacional: # rocks stop host vm computa-x-x-x Iniciar um nó computacional: # rocks start host vm computa-x-x-x Consultar todos os nós: # rocks list host Consultar informações sobre nós computacionais virtuais: # rocks list host vm pressione [Enter], a menos que você queira digitar uma senha para sua chave SSH. Em seguida, digite insert-ethers na linha decomando e selecione VM Container em Choose Application Type. Será mostrada uma caixa de mensagem que diz Inserted Appliances, e o endereço MAC do contêiner de MV (que é a própria máquina física) deve ser exibido após a inicialização. Certifique-se de que o contêiner de MV suporta a inicialização via rede (PXE) e está configurado para usar essa modalidade. Se não for o caso, será preciso iniciar o contêiner de MV manualmente com o CD do roll Kernel ou o DVD do Rocks no contêiner de VM simplesmente inserindo o CD/DVD e deixando-o iniciar pela mídia de instalação. Se não houver um servidor DHCP na rede dos nós computacionais, eles não obterão IPs. Se um grande cluster possuir múltiplos segmentos Exemplo 2: Comando xm de rede, será preciso um servidor DHCP, pois levará tempo demais até os nós computacionais desistirem de obter um IP do servidor inexistente. Nota: Na presença de uma appliance de switch gerenciável, unidade de força ou NAS na rede privada do cluster, lembre-se de configurar esses dispositivos antes de instalar os contêineres de MV e os nós computacionais. Verifique os endereços MAC no console de insert-ethers conforme os dispositivos sejam iniciados para a instalação. O contêiner de MV vai aparecer na seção Inserted Appliances com o endereço MAC do contêiner. Um asterisco será mostrado entre parênteses após o nó central pedir uma configuração do Kickstart, o que inclui os rolls padrão incluídos durante a instalação inicial do nó central. Agora relaxe e deixe o Rocks fazer todo o trabalho. A beleza do Rocks é que ele simplifica muito o provisionamento do cluster contanto que o nó central realize instalações automatizadas com uso do Kickstart. Com o Kickstart, os pacotes são instalados no contêiner de MV. Essa é outra boa hora para um cafezinho. Ao retornar, já deve haver um contêiner novo em folha para instalação de nós computacionais sobre Xen. O nome padrão do primeiro contêiner é vm-container container 0 0 ~] xm list 02 Name ID Mem(MiB) VCPUs State Time(s) 03 Domain r Computa b Computa r Computa b Nós computacionais Agora que o contêiner de MV está instalado, vamos criar os nós computacionais do Xen no contêiner para realizar o trabalho do cluster. É possível criar quantos contêineres forem precisos e também misturá-los com nós computacionais não virtuais. Para iniciar um nó computacional, basta executar alguns comandos no nó central: # ricjs add host vm \ vm-container-0-0 \ membership= Computa Para definir vários parâmetros da máquina virtual, como memória, tamanho de disco e informações de rede, pode-se passar argumentos opcionais ao comando add. O tamanho padrão da memória é de MB. Após a execução do comando, será adicionada ao banco de dados a configuração de um novo nó computacional virtual, e aparecerá a seguinte saída: Added VM on node vm-container -0-0 slice 1 with vm_name computa Ao tentar criar uma MV Xen com esse comando, pode aparecer uma mensagem de erro dizendo que não há memória suficiente para a máquina. Nesse caso, talvez seja preciso reduzir a quantidade de memória disponível para todas as MVs editando o item dom0-min-mem no arquivo de configuração do Xen /etc/xen/xendconfig.sxp. Agora que o contêiner foi atribuído à máquina física, a instalação da máquina virtual no contêiner é executada com o comando rocks create host vm computa Esse comando lê a configuração do banco de dados do Rocks e começa a provisionar a máquina virtual Xen no contêiner automaticamente. Di- 52

5 Rocks CAPA gitando rocks-console computa é possível acompanhar o progresso da instalação. Com a máquina virtual já criada, basta o seguinte comando para iniciá-la a partir do nó central: # rocks start host VM \ computa Se a máquina virtual iniciar com sucesso, o terminal mostrará o seguinte: Using config file /etc/xen/rocks/ computa Started domain computa Agora repita o processo de associal a MV à máquina física, criando e iniciando cada MV a cada vez, até o limite de memória física do servidor. Ao fim desse processo, o cluster está pronto para o uso. Administração Depois que é criado um nó computacional virtual, pode-se consultar o estado da MV a partir do nó central. Para isso, execute o comando rocks list host computa-0-0-1; o exemplo 1 ilustra sua saída. Também é possível verificar o estado das MVs ou do próprio contêiner de MV com os comandos xm do Xen (exemplo 2). O comando rocks é a ferramenta primária de administração para todo o cluster. Sua estrutura básica é rocks <comando> <argumentos>. É possível acessar a lista completa de comandos no site rocksclusters.org ou digitando-se rocks list help na linha de comando. O comando rocks permite iniciar e parar nós computacionais, alterar configurações e consultar itens de configuração. O Rocks inclui utilitários para administração distribuída, que executam comandos em todo um cluster ou em grupos de nós do cluster. O comando padrão para a execução de comandos distribuída é tentakel. Ele é fácil de usar, e o Rocks adiciona automaticamente todos os nós a /etc/tentakel.conf em vários agrupamentos. Para executar um comando em todos os nós em /etc/tentakel.conf, digite tentakel <comando>. Para executar um comando em apenas um grupo de nós, use tentakel -g <nome_do_grupo> <comando>. Aplicativos Para usar todos os nós do cluster num único aplicativo, este precisa ter sido criado para o cluster. A OpenMPI é uma biblioteca frequentemente utilizada para criar aplicativos distribuídos para execução em clusters. O Sun Grid Engine e o Torque são sistemas de fila para distribuição de tarefas (chamadas de jobs) entre os elementos do cluster. Embora o problema de criar e implementar aplicativos paralelos em clusters seja muito extenso, há muitas informações online sobre o Sun Grid Engine, o Torque e o Condor. Conclusão A facilidade de uso do Rocks e seu suporte às aplicações mais comuns o tornam o favorito entre os ambientes científicos de computação que se dedicam a desvendar os mistérios do universo. n Mais informações [1] Clusters Rocks: [2] Sun Grid Engine: gridengine.sunsource.net/ [3] OpenMPI: open-mpi.org/ [4] Guia do roll SGE: tinyurl.com/b2hbx3 [5] Documentação do Rocks:

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