Presentación del supercomputador. Departamento de Ingeniería de Software del Instituto Tecnológico de Canarias (ITC).

1. MareNostrum - ITC
Dpto. Ingeniería del Software

2. Indice general
● Hardware
● Servers: Management Server & Storage Server
● Armario de discos DS4700
● Bladecenter
● Blade JS21
● Myrinet
● Cisco
● E
Esquema ló i d l cluster
lógico del l t
● Redes
● Conexionado
● Nomenclatura DNS
● Software
● DIM (Distributed image management)
● GPFS
● Myrinet Software GM/MX – MPICH
● Monitorización & Sistema de colas
MareNostrum - ITC 2

3. Hardware
● Visión general del cluster
● Servers
● Management Server
● Storage Server
● Armario de discos DS4700
● Bladecenter
● Blade JS21
● Myrinet
● Cisco
MareNostrum - ITC 3

4. Visión Virtual del cluster ITC
Switch Myrinet
Cisco
Management
Server
6 chassis in a rack (42U) Network Connectivity:
KVM &
• 336 processors
p Myrinet & GibEth
Console
• 672GB memory Servers:
Management
Storage
Controladora
Discos
Storage Server
MareNostrum - ITC 4

5. Management Server a.k.a cabeza
● Características:
● 2.1 GHz POWER5+ dual-core processor modules
p
● 1.9MB L2 and 36MB L3 cache per processor pair
● Memoria ??
● 2 discos internos 73 4 GB SCSI
di i 73.4
● Dual-port Gigabit Ethernet
● Tarjeta Myrinet
● Funciones:
● Servidor DHCP
● Servidor DNS
● Servidor NTP
● Gestión del cluster y bladecenters
● Manager del sistema de colas
● Entrada administradores: 3ª interfaz de red
MareNostrum - ITC 5

6. Storage Node Server
● Características:
● 1.65GHz Power5 processor
● Memoria ??
● Dual-port Gigabit Ethernet
p g
● Tarjeta FiberChannel 4 Gbits
● Conectado al armario de discos DS4700
● Funciones:
● Servidor DIM de los 6 bladecenters
● Almacenamiento de las imágenes del SO de los blades
● Servidor TFTP de las imágenes de boot
● S id d l di
Servidor de los discos DS4700
● Servidor principal de GPFS
MareNostrum - ITC 6

7. Armario de discos DS4700
● Características:
● Sistema de almacenaje con doble controladora (sólo 1 en uso)
● 1 GB caché por controladora
● 16 discos duros por bandeja
p j
● Añadida una expansión EXP810 al DS4700
● 21 discos FC de 146.8 GB 15Krpm
● Fuentes redudandas
● Creación de RAIDs 0,1,5
● Funciones:
● Almacenaje de los datos de GPFS
MareNostrum - ITC 7

8. Bladecenter
● Elemento que puede aglutinar 14 blades
● Elemento que ofrece acceso a recursos compartidos:
● Networking: Ethernet, Myrinet, Infiniband, FiberChannel, …
● Redundancia casi completa de cualquier elemento
● Gestión out-of-band del bladecenter y sus blades
● Monitorización del entorno
● Parte Frontal:
● Blades
● LEDs informativos
LED i f ti
● Lector CD-ROM
● Disquetera
MareNostrum - ITC 8

9. Bladecenter parte trasera:
Esquema general
MareNostrum - ITC 9

10. Bladecenter parte trasera:
Fuentes de alimentación
● 4 Fuentes de 2000W redundantes 2 a 2
● 2 Turbinas redundantes que fuerzan la circulación del aire
caliente hacia la parte trasera del rack
MareNostrum - ITC 10

11. Bladecenter parte trasera:
Nortel L2/L3 Ethernet Switch
● Switch proporciona conectividad Gigabit Ethernet a los 14
blades
● Gestionable out-of-band: Estadísticas, configuración, …
● F
Funciones: T áfi producción d l bl d y GPFS
i Tráfico d ió de los blades
MareNostrum - ITC 11

12. Bladecenter parte trasera:
Optical Pass-Through Module (OPM)
● Elemento que da conectividad Myrinet hacía afuera de los blades
● Convierte la señal eléctrica en luz (no introduce lógica – Nivel 1)
● Permite conectar 4 conexiones de fibra: quad-cables
● Q d bl 4 li k d fib (8 fib
Quad-cable: links de fibra fibras fí i
físicas) por cable
) bl
MareNostrum - ITC 12

13. Bladecenter parte trasera:
Management Module
● Elemento de gestión del entorno del bladecenter como de los blades:
● Control de los blades
● Sensores ambientales
● Log de eventos
● ...
● C
Conexión out-of-band: Red de servicio invisible para los usuarios
f
MareNostrum - ITC 13

14. Bladecenter parte trasera:
Management module (II)
Telnet
SNMP
● Monitorización
● Estado general
● Log de eventos
● Control de LEDs
● P
Power management t
● Blades
● Power on/off/restart
● Consola de los blades (Serial over LAN)
● Firmware update
● Configuración de boot
g
● Gestión de componentes I/O (Ethernet switches, OPM, …)
● Configuración
● Power on/off/restart
● Configuración de la propia Management Module
MareNostrum - ITC 14

15. JS21 blade
● Características:
● 2 chips PPC970MP @ 2.3 GHz dual-core
dual core
● 8 GB RAM
● Disco duro interno SAS 36.4 GB
● Tarjeta myrinet en (I/O Expansion)
● 2 interfaces Giagabit Ethernet Broadcom
● Soporta instrucciones vectoriales SIMD
● AltiVec
● BMC Conexionado con la Management del
bladecenter
MareNostrum - ITC 15

16. JS21: Esquema
MareNostrum - ITC 16

17. Myrinet
● Cada blade dispone de una tarjeta myrinet o daughter card,
q
que le p p
proporciona acceso a la red myrinet
y
● Todo ello se concentra en un switch de myrinet, en caso de
ITC: Clos 128 puertos
● Latencia de la red: 7-8 µ seg
● Ancho de Banda: 2+2 Gbit / seg
● Interfaz monitorización: out-of-band
MareNostrum - ITC 17

18. Myrinet en MareNostrum
● 10 Clos 256x256 switches
● Conexión de hasta 256 máquinas
● Conexión a los Spine mediante
● 64 puertos con quad-cables
● 2 Spine 1280
● Interconexión hasta 10 Clos
256x256 switches
● Monitorización de los equipos
mediante interfaz ethernet
18

19. MareNostrum Myrinet Layout
Spine 1280 Spine 1280
128 Links Clos 256x256
Clos 256x256
Clos 256x256
Cl 256 256
Clos 256x256
Clos 256x256
Clos 256x256
Clos 256x256
Clos 256x256
Clos 256x256
Clos 256x256
256 links (1 to each node)
250MB/s each direction
MareNostrum - ITC 19

20. Cisco Catalyst 3750
● Características:
● 48 puertos Gigabit Ethernet cobre
● Administración out-of-band
● Funciones:
● Switch que proporciona red a todo el cluster
● Creación de 2 VLANs
● Red de producción: Boot de blades, GPFS (cables verdes)
● Red de servicio: Gestión del cluster (cables amarillos)
MareNostrum - ITC 20

21. Esquema lógico del cluster
● Redes en MareNostrum
● Conexionado de los equipos
● Esquema general del clúster
● Nomenclatura DNS
MareNostrum - ITC 21

22. Redes en MareNostrum
● Myrinet
● Rango: 10.1.x.x /16
g
● Únicamente para el tráfico de aplicaciones paralelas
● Protocolo propio de Myricom: GM ó MX
● Soporta IP over GM or MX ( usado)
(no d )
● GigabitEthernet producción
● Rango: 10.2.x.x /16
● Boot de blades
● Tráfico de GPFS (filesystem global)
● M it i
Monitorización
ió
● GigabitEthernet servicio
● Rango: 10 3 x x /16
10.3.x.x
● Acceso restringido (desde los servers únicamente)
● Tráfico de management y log
● Syslog, SSH, Telnet, SNMP
MareNostrum - ITC 22

23. Resumen de conexiones
Red 10.1 Red 10.2 Red 10.3 Externa
Blade X X X (logins)
Blade Center MM X
Blade center Switch X X
Server X X X
Force10 / Cisco X X X
Myrinet switch X X
Host monitorización X X X
Cabeza X X X
MareNostrum - ITC 23

24. Esquema lógico MareNostrum
MareNostrum - ITC 24

25. Nomenclatura DNS
● FQDN: <nombre>-<interfaz>.<dominio>; alias:<nombre>
● Ejemplo: s01-gigabit1.mn; alias: s01
● Servers: cabeza,s01,s02,s03,…
S b 01 02 03
● Controladora de discos: fastt1a,fastt1b, …
● Switches Gigabit y myrinet: cisco1,… ; myrisw1
cisco1 myrisw1,….
● Cada bladecenter y sus blades dependen de un server:
● Management de un bladecenter: sXXcYmm
● XX= Número de Server
● Y= Número de Bladecenter de ese server
● Gigabit Ethernet Switch Module del bladecenter: sXXcYesm
● XX= Número de Server
● Y= Número de Bladecenter de ese server
● Blades: sXXcYbZZ
● XX= Número de Server
● Y= Número de Bladecenter de ese server
● ZZ= Número de blade dentro del bladecenter
MareNostrum - ITC 25

26. Software
● DIM (Distributed image management)
● GPFS
● Myrinet Software GM/MX – MPICH
● Monitorización y Sistema de colas
MareNostrum - ITC 26

27. DIM (Distributed Image Management)
● Introducción
● Imágenes
● Boot d
B t de un blade
bl d
● Replicaciones y cambios en las imágenes
MareNostrum - ITC 27

28. DIM: Introducción
● Software de IBM responsable de:
● Boot y montaje p red del sistema operativo de los blades
j por p
● Gestión de bladecenters a través de scripts
● Replicación y actualización de los blades
● Gestión de imágenes para el uso de diversas distribuciones
● Gestión de IP’s del sistema
● A t l
Actualmente Open Source:
t O S
● http://www.alphaworks.ibm.com/tech/dim
● El blade funciona diskless el disco local se utiliza para
diskless,
datos temporales
MareNostrum - ITC 28

29. DIM: Imágenes (I)
● Cada servidor se hace responsable de botar y ofrecer el
sistema operativo a los blades de X bladecenters
● Cada servidor guarda y ofrece por NFS a sus blades:
● 1 imagen readonly que comparten los X blades de este servidor
● 56 imágenes readwrite: Cada blade tiene la suya propia.
Imagen /bin /boot /lib /opt /usr /sbin
Readonly
Imagen
Linux master
Imagen
readwrite
/dev /etc /root /var
MareNostrum - ITC 29

30. DIM: Imágenes (II)
● Cada servidor se hace responsable de botar y ofrecer el
sistema operativo a los blades de X bladecenters
● Cada servidor guarda y ofrece por NFS a sus blades:
● 1 imagen readonly que comparten los X blades de este servidor
● X imágenes readwrite: Cada blade tiene la suya propia.
Diskless Linux
Imagen
Readonly NFS mount –o ro
Imagen
Linux master
NFS mount –o rw
Imagen
readwrite
MareNostrum - ITC 30

31. DIM: Imágenes (III)
● Cada servidor se hace responsable de botar y ofrecer el
sistema operativo a los blades de X bladecenters
● Cada servidor guarda y ofrece por NFS a sus blades:
● 1 imagen readonly que comparten los X blades de este servidor
● X imágenes readwrite: Cada blade tiene la suya propia.
Imagen
Readonly
Imagen Imagen
Linux master readwrite
Imagen
readwrite
MareNostrum - ITC 31

32. DIM: Boot de un blade
● Blade boot
● JS21 OpenFirmware envía un BOOTP broadcast
p
● DHCP Server responde, OpenFirmware configura eth0
● OpenFirmware se baja imagen de boot remoto por TFTP
j g
● OpenFirmware arranca el kernel de dentro de la imagen
conseguida
● K
Kernel monta i i d & ejecuta li
l initrd j linuxrc
● Linuxrc:
● Carga modulos necesarios para eth0
● Configura eth0
● Monta su imagen readwrite por NFS en /mnt
● Monta la imagen readonly por NFS en /mnt
● Chroot al punto montaje NFS ( /mnt )
● Ejecución /sbin/init
MareNostrum - ITC 32

33. Comandos DIM
● Comandos de configuración de BC:
● dim_bcadmin:
dim bcadmin: Control de elementos de bladecenter
● dim_bctool: Acciones sobre los blades de un bladecenter
● dim_console: Consigue la consola de un blade
g
● dim_bbs: Cambia la configuración de boot de un blade
● Comandos gestión de imágenes:
g g
● dim_image: Crea una nueva imagen
● dim_dhcp / dim_newblade: Cambia la configuración de DHCP
● dim_nfs: Chequea, monta, exporta las imágenes
● Comandos de sincronización:
● dim_sync: dim_sync_master + dim_sync_server +
dim_sync_image (a continuación)
MareNostrum - ITC 33

34. DIM: Replicaciones y cambios en las
imágenes del sistema operativo
1 rsync desde
master hasta el
Manager Server
Master: Blade que bota de
q
disco duro y contiene la
imagen original del sistema
MareNostrum - ITC 34

35. DIM: Replicaciones y cambios en las
imágenes del sistema operativo
2 rsync desde el
Manager Server a
cada uno de los
Storage Servers
1 rsync desde
master hasta el
Manager Server
Master: Blade que bota de
q
disco duro y contiene la
imagen original del sistema
MareNostrum - ITC 35

36. DIM: Replicaciones y cambios en las
imágenes del sistema operativo
3 rsync desde la imagen
total a las imágenes readonly
2 rsync desde el y readwrite residentes en
Manager Server a cada server en paralelo
cada uno de los
Storage Servers
1 rsync desde
master hasta el
Manager Server
Master: Blade que bota de
q
disco duro y contiene la
imagen original del sistema
MareNostrum - ITC 36

37. DIM: Replicaciones y cambios en las
imágenes del sistema operativo
3 rsync desde la imagen
total a las imágenes readonly
2 rsync desde el y readwrite residentes en
Manager Server a cada server en paralelo
cada uno de los
Storage Servers
1 rsync desde
master hasta el
Manager Server
Master: Blade que bota de
q
disco duro y contiene la
imagen original del sistema
4 nfs Los blades ven el
cambio de forma automática
MareNostrum - ITC 37

38. GPFS
● GPFS in MareNostrum:
● Storage Hardware (remember)
● Storage node
● GPFS benefits
● GPFS Special Roles
p
● Distributed locking mechanism
● Filesystems definidos en MareNostrum
MareNostrum - ITC 38

39. Storage Hardware
● Total of 20 storage nodes, 20 x 14 TBytes
● Each storage node
g
● 2x IBM p615
● DS4700
● EXP810
● Cabling per node
● 2 Myrinet (not used)
● 2 Gb to Force10 E600
● 2 10/100 cat5 to Cisco
● 1 Serial
MareNostrum - ITC 39

40. Storage Node
GbE GbE
p615 Server p615 Server
2 CPUs x server
4GB RAM
Fiberchannel (250MB/s)
IBM DS4700 Controller
 300MB/s
5 LUNs RAID 5 (4+1) 14x 500GB drives  7TB
3 hot spare disks
IBM EXP810 SATA d
drawer
14x 500GB drives  7TB
MareNostrum - ITC 40

41. Storage node (Logic vision)
GbE GbE
p615 Server p615 Server
2 CPUs x server
4GB RAM
/dev/sdd /dev/sde /dev/sdf /dev/sdg /dev/sdh
• E h new RAID5 LUN h a size of 2 TB
Each has i f
• Each LUN will correspond with a GPFS NSD (Network Shared Disk)
MareNostrum - ITC 41

42. NSD
● NSD (Network Shared Disk) provides to GPFS:
● Disk access through disk discovery
Primary NSD Server
● Cluster-wide disk naming
GPFS Client
Secondary NSD Server
s01_s02_nsd1
Access s01_s02_nsd1
Device NSD Name Primary NSD server Secondary NSD server Contents Failure Group
/dev/sdd s01_s02_nsd1 s01-gigabit1 s02-gigabit1 Data & Metadata 1
/dev/sde s01_s02_nsd2 s01-gigabit1 s02-gigabit1 Data & Metadata 1
/dev/sdf s01_s02_nsd3 s01-gigabit1 s02-gigabit1 Data & Metadata 1
/dev/sdg s01_s02_nsd4 s02-gigabit1 s01-gigabit1 Data & Metadata 2
/dev/sdh s01_s02_nsd5
s01 s02 nsd5 s02-gigabit1
s02 gigabit1 s01-gigabit1
s01 gigabit1 Data & Metadata 2
MareNostrum - ITC 42

43. GPFS Clients & GigEth
Blade Center
GbE
GbE
● Force 10 Switch: Interconnection of
Bladecenters
● 225 internal cables
● 183 bladecenters
● 42 for servers
MareNostrum - ITC 43

44. MareNostrum Gigabit Network layout
MareNostrum - ITC 44

45. GPFS Benefits
● Allows multiple processes on all nodes access the same file with
standard syscalls
● File reads / writes are stripped across multiple disks
● Increase of aggregate bandwith use
● Balance the load across all disks in a filesystem
● Large files are divided in equal sized blocks, consecutive blocks
allocated on different disks round-robin
● Supports very large fil and fil system sizes
S t l files d file t i
● Allows concurrent reads and writes from multiple nodes
● GPFS uses a local cache on each client (pagepool = 128 MB)
● GPFS prefetches data into its buffer pool, issuing parallel I/O
requests
● Sequential pattern
● Reverse sequential pattern
● Various strided access patterns
p
MareNostrum - ITC 45

46. GPFS Special Roles
● Quorum Nodes
● Those nodes which half plus 1 of them have to be online to be the
cluster online
● Configuration Manager
● Checks if quorum is accomplished to enable or not the start of GPFS
in all client
● Selects the filesystem manager for each filesystem and resolves the
take-over in case of failure in one of them
● Filesystem manager (1 per filesystem)
● Filesystem configuration (Repair filesystem, add/change disks,
mount/dismount operations)
● Management of disk allocation
● Token management
● Quota management
● Metanode (1 per file opened)
● Mantains file metadata integrity
● N clients can read/write data directly but updates to metadata are
only done by the metanode
MareNostrum - ITC 46

47. Distributed Locking Mechanism
● GPFS has a distributed-based token lock system to keep file
consistency
● Tokens are issued at block level or whole-file depending on the
whole file
operation
● File system manager is the token manager server
● Coordinates access to files granting the right to read/write
data/metadata
read (1,*buff,buffsize)
write(1,*buff,buffsize)
Request Token read/write
File system Manager
read (1,*buff,buffsize) GPFS Client 2
write(1,*buff,buffsize) List of nodes holding conflicting tokens
Request Token read/write
q
GPFS Client 1 File system Manager Token
Grant Token Relinquish Token
GPFS Client 1
GPFS Client 2
Grant Token
Token
Read /Write
GPFS Client 1
GPFS Client 1
Token
Read /Write
GPFS Client 2
MareNostrum - ITC 47

48. Filesystems en MareNostrum
● /gpfs/home
● El home de los usuarios. Sources codes y ejecutables propios
● Cuota de 10 GB por usuario.
● Datos duplicados a nivel de GPFS
● 19 TB disponibles.
● /gpfs/projects
● Zona de ficheros comunes a cada proyecto. Un directorio por proyecto.
● Cuota de 50 GB por proyecto.
● Datos duplicados a nivel de GPFS
● 74 TB disponibles.
● /gpfs/scratch
● Espacio temporal. Input/Output de los Jobs.
● Filesystem sin cuotas.
● 56 TB disponibles.
● /gp s/apps
/gpfs/apps
● Binarios de las aplicaciones compiladas. Un directorio por aplicación, con subdirectorios por
versiones.
● 10 TB disponibles.
● Para facilitar la migración de proyectos, debería tener el mismo contenido en todos los
centros.
t
● /gpfs/apps/local: Zona donde se ubicarían las aplicaciones propias de cada centro.
● /gpfs/test
● Filesystem de test. Utilizado para benchmarks, test de nuevas versiones, evaluación de
diferentes configuraciones
configuraciones....
MareNostrum - ITC 48

49. Myrinet
● Introducción
● Arquitectura y Cableado
● Administración Unix
MareNostrum - ITC 49

50. Myrinet: Introducción
● Red dedicada exclusivamente a aplicaciones paralelas
●(
(e.g.: MPI)
● Única red no bloqueante (dependiente del mapeo de rutas)
● Para cada par de nodos existe un camino propio
● Baja latencia
● En la tarjeta myrinet de cada blade se almacena la tabla de
rutas
● Tráfico enrutado a nivel 2: MAC’s
● Switch de myrinet: elemento sin buffers
MareNostrum - ITC 50

51. Myrinet: Administración Unix
● Actualmente se usa el software GM de Myricom, disponible en:
● http://www.myri.com
● Existe la versión de MPICH para el uso del driver GM
p
● Se instala como un módulo más del kernel
● modprobe …
● I i i li
Inicialización d l myrinet como cualquier servicio li
ió de la i t l i i i linux:
● En los blades  /etc/init.d/myrinet start (boot time)
● En los servers (si hay)  /etc/init.d/gm start (boot time)
● Proceso gm_mapper: corre en cada blade y se encarga de establecer
y
dinámicamente las rutas de la red myrinet.
● Evolución del proceso gm_mapper  FMA, carga de la red a nivel de cálculo
de rutas y monitorización
● gm_board_info: comando que muestra la configuración de la red y rutas
calculadas por el gm_mapper.
● Evaluando nueva versión MX del driver de myrinet
MareNostrum - ITC 51