HPC调度基础：slurm集群的部署

本文分享自天翼云开发者社区@《HPC调度基础：slurm集群的部署》，作者: 才开始学技术的小白

0.引言

HPC（High Performance Computing，以下简称HPC）是一个领域，试图在任何时间点和技术上对于相关技术、方法和应用等多种方面实现最大的计算能力；换而言之其目的就是求解一类问题的答案，这类问题往往无法通过经验、理论甚至广泛可用的商业计算机/服务器来求解（比如说需要的PB级别数据计算的科研任务、生物科学的DNA解析、难以分析的机器学习模型）；HPC的载体是“超级计算机/超级计算系统/平台”，用他们来尽可能快的执行各种计算问题或应用程序，这个执行的过程我们也称之为超级计算；

总而言之，HPC是一个领域，超算平台是他的载体，超级计算是他完成计算任务的过程。而我们常说的HPC产品略有不同，它提供了一种性能卓越、稳定、安全、便捷的（云）计算服务、通过各种互联技术将多个计算机系统连接在一起，利用这些被连接系统的综合计算能力来处理大型计算问题，所以HPC又被称为高性能计算集群。

本文将主要介绍一种使用slurm(Simple Linux Utility for Resource Management，以下简称slurm)——一种开源的HPC资源管理与作业调度的基础软件，来进行作业调度并在多虚拟机节点上部署与配置计算集群的方法。

1.slurm的基本含义

1.1 slurm的定义与功能

slurm是一种开源的、具有容错性和高度可扩展的Linux集群超级计算系统资源管理和作业调度系统。具体来说，计算集群使用slurm对资源和作业进行管理和调度，减少计算任务间相互干扰，提高集群运行效率。2016年世界十大超算系统，其中就有五个是使用slurm来进行管理的，甚至有众所周知的2016年冠军超算——神威太湖之光。

slurm给超算系统的提供了三个关键功能：

1.为用户分配一定时间的专享或非专享的资源(计算机节点)，以执行作业（Job）

2.提供了用于启动、执行、监测在节点上运行的作业的框架

3.为作业队列合理地分配计算资源

1.2 slurm的基本架构

在slurm计算集群系统，众多节点将会分为master节点（主节点/管控节点），compute节点（计算节点）以及部分集群会有client节点（登录节点），它专门用来给用户执行各种作业调度与资源部署的指令，但多数情况是client节点和master节点部署在同一个节点上以简化部署。

slurm包含四种服务（守护进程），在各个节点上有不同的部署分布：

1.slurmctld服务：只运行于master节点，作为中心管理器用于监测资源和作业

2.slurmd服务，主要运行于compute节点，作用是接收调度，承担实际的计算负载；

3.slurmdbd数据库服务，通常运行于master节点，可以将多个slurm管理的集群的记账信息记录在同一个数据库中

4.slurmrestd服务，通常运行于master节点，用来提供REST API与Slurm进行交互

2.虚拟机的安装与配网

可以参考本人专栏文章：https://www.ctyun.cn/developer/article/353763363754053

准备至少两台虚拟机来分别模拟master和compute节点即可

 

3.slurm的安装与部署

3.1 环境与版本

3.2 安装前的准备工作

3.2.1 节点信息一览

3.2.2 修改节点hosts

修改所有节点/etc/hosts文件，添加所有节点ip和主机名映射，即执行：

echo -e "\n192.168.223.66  master\n192.168.223.67  compute" >> /etc/hosts

#可以用cat来检查

cat /etc/hosts

#设置两台虚拟机的hostname

hostnamectl set-hostname master

hostnamectl set-hostname compute

 

3.2.3 关闭防护墙同时禁止防火墙开机启动

在所有节点执行如下指令，若无反应，重启虚拟机即可

systemctl disable firewalld --now

 

3.2.4 用户资源限制

在所有节点执行如下指令，修改默认的用户资源限制

sed -i '$i\* hard nofile 1000000\n* soft nofile 1000000\n* soft core unlimited\n* soft stack 10240\n* soft memlock unlimited\n* hard memlock unlimited' /etc/security/limits.conf

 

3.2.5 修改时区

配置为上海时区，若安装过程中已完成配置，可忽略该步骤（可用date -R查看本地时间来验证）

ln -sf /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime

 

3.2.6 时间同步

munge要求各个节点时间误差在5min内，可以使用ntp或chrony实现时间同步，这里使用ntp

# 首先安装ntp

yum -y install ntp

# 安装完毕之后，启动服务

systemctl start ntpd.service

# 设置开机自启动

systemctl enable ntpd.service

我们拥有两台服务器：192.168.206.138，192.168.206.139

第一台服务器192.168.206.138（master），作为ntpserver，设置为同步外网时间（ntpd服务开启时默认同步）

与此同时，需要设置允许内网网段可以连接，将该服务器作为内网的时间同步服务器，因此进行如下简单配置：

修改/etc/ntp.conf文件，添加如下信息，表示允许223网段来同步此服务器

vi /etc/ntp.conf

restrict 192.168.206.0 mask 255.255.255.0 #添加此行

第二台服务器192.168.206.139，作为ntpclient，设置为同步上面的ntpserver，在节点上做如下配置：

修改/etc/ntp.conf文件，注释掉外网时间服务器，添加本地服务器即可

vi /etc/ntp.conf

server 192.168.206.138     #添加此行

#以下四行为外网时间服务器，注释掉# server 0.centos.pool.ntp.org iburst           # server 1.centos.pool.ntp.org iburst# server 2.centos.pool.ntp.org iburst# server 3.centos.pool.ntp.org iburst

设置后，重启ntpd服务，通过ntpstat检查效果

systemctl restart ntpd

ntpstat

注：重置刚刚完成时，主机是正常的（连接的是ntp外网服务器），但compute显示正在重启中；重置完成几分钟后再观察，发现均正常，说明同步成功

 

3.2.7 设置SSH免密登录

配置master节点以实现ssh免密码登录到其他节点（compute）

在master节点执行

#执行后按三次回车，意味着全部执行默认设置

ssh-keygen -t rsa

#这里的compute可以替换为自己设置的compute节点名称；

#第一次执行的时候需要输入root密码，如果第二次执行显示连接建立成功

ssh-copy-id root@compute

 

3.2.8 创建用户

因为munge安装后会自动创建munge用户，为了避免不同节点munge用户的uid、gid不一致，所以提前创建用户，master和compute都需要执行，ID保持一致

#创建munge用户

export MUNGE_USER_ID=2000

groupadd -g $MUNGE_USER_ID munge

useradd  -m -c "MUNGE User" -d /var/lib/munge -u $MUNGE_USER_ID -g munge  -s /sbin/nologin munge

#创建slurm用户

export SLURM_USER_ID=2001

groupadd -g $SLURM_USER_ID slurm

useradd  -m -c "SLURM workload manager" -d /var/lib/slurm -u $SLURM_USER_ID -g slurm  -s /bin/bash slurm

 

3.2.9 安装依赖软件

yum -y install mailx#epel源

yum -y install epel-release#munge

yum -y install munge munge-libs munge-devel#mariadb(仅在master节点安装)

yum -y install mariadb-server mariadb-libs mariadb-devel#slurm依赖;本文部署的slurmrestd支持不使用jwt token进行认证，所以不能安装 libjwt-devel 依赖

yum -y install gcc python3 readline-devel mysql-devel perl-ExtUtils-MakeMaker pam-devel http-parser-devel json-c-devel libyaml-devel#open-mpi构建时依赖 gcc-c++

yum -y install wget git vim gcc-c++ bzip2

 

3.2.10 配置munge

注意：如果munge版本 >= 0.5.15，需要使用 sudo -u munge create-munge-key 生成key文件（而不是create-munge-key），执行后会在/etc/munge目录下生成munge.key

#在master节点创建密钥

create-munge-key

#在master节点执行如下命令，将生成的munge.key传输到其他节点

#将compute替换为自己compute节点的hostname

scp -p /etc/munge/munge.key compute:/etc/munge

#在计算节点执行如下命令，将munge.key属主改为munge用户#munge.key的属主和属组应该为munge，且文件权限应该为0600

chown munge:munge /etc/munge/munge.key

#启动munge：在所有节点执行如下指令，将munge配置为开机启动，同时启动munge

systemctl enable munge --now

#查看munge运行状态是否正常

systemctl status munge

 

3.2.11 配置mariadb(仅在master节点)

#修改my.cnf，slurmdbd建议配置innodb参数

sed -i '/\[mysqld\]/a\innodb_buffer_pool_size=1024M\ninnodb_log_file_size=64M\ninnodb_lock_wait_timeout=900' /etc/my.cnf

#启动mariadb

systemctl enable mariadb --now

#配置默认root用户(因为是第一次没有root密码，直接回车，是否设置root密码y，设置成123456、移除anonymous用户Y、禁止root远程登录Y、移除test数据库Y，reload privilege tables now :Y)

mysql_secure_installation

#配置slurmdbd用户：创建slurm用户，密码123456，依次执行以下代码

mysql -uroot -p123456

create user 'slurm'@'%' identified by '123456';

grant all privileges on *.* to 'slurm'@'%' identified by '123456';

flush privileges;

exit

 

3.3 安装slurm

3.3.1 master节点的安装

本文档采用的slurm版本为20.11.9，对应链接：

https://download.schedmd.com/slurm/slurm-20.11.9.tar.bz2

也可以使用其他版本的slurm，进入官网查看：

https://www.schedmd.com/downloads.php

#输入命令下载slurm：

wget https://download.schedmd.com/slurm/slurm-20.11.9.tar.bz2

#解压

tar -jxf slurm-20.11.9.tar.bz2

cd slurm-20.11.9

#配置

export PREFIX=/opt/slurm/v20.11.9./configure --prefix=$PREFIX

#构建、安装

make && make install

mkdir -p $PREFIX/etc/

find etc |grep conf|xargs -i cp -v {} $PREFIX/etc/

mv $PREFIX/etc/slurm.conf.example $PREFIX/etc/slurm.conf

mv $PREFIX/etc/slurmdbd.conf.example $PREFIX/etc/slurmdbd.conf

mv $PREFIX/etc/cgroup.conf.example $PREFIX/etc/cgroup.conf

find etc |grep service$ | xargs -i cp -v {} /usr/lib/systemd/system

echo -e '#!/bin/bash\nexport SLURM_HOME=/opt/slurm/v20.11.9\nexport PATH=$SLURM_HOME/sbin:$SLURM_HOME/bin:$PATH' >> /etc/profile.d/slurm.sh

source /etc/profile

修改slurm.conf：

mkdir -p $PREFIX/var/spool

chmod 0755 $PREFIX/var/spool

chown -R slurm:slurm $PREFIX/var/spool

mkdir -p $PREFIX/var/run

mkdir -p $PREFIX/var/log

#如果master节点也作为compute节点，则在master节点执行该步骤，本文档案例执行了

sed -i "s/NodeName=linux\[1-32\] Procs=1 State=UNKNOWN/$(slurmd -C | head -n 1)/g" $PREFIX/etc/slurm.conf

sed -i "s#AuthType=auth/munge#AuthType=auth/none#g" $PREFIX/etc/slurm.conf

sed -i "s/#AccountingStorageType/AccountingStorageType/g" $PREFIX/etc/slurm.conf

sed -i "s#/var/spool/slurm#$PREFIX/var/spool#g" $PREFIX/etc/slurm.conf

sed -i "s#/var/run#$PREFIX/var/run#g" $PREFIX/etc/slurm.conf

sed -i "s#/var/log#$PREFIX/var/log#g" $PREFIX/etc/slurm.conf

修改slurmdbd.conf

chown slurm:slurm $PREFIX/etc/slurmdbd.conf

chmod 0600 $PREFIX/etc/slurmdbd.conf

sed -i "s/StoragePass=password/StoragePass=123456/g" $PREFIX/etc/slurmdbd.conf

sed -i "s#AuthType=auth/munge#AuthType=auth/none#g" $PREFIX/etc/slurmdbd.conf

sed -i "s#/var/run#$PREFIX/var/run#g" $PREFIX/etc/slurmdbd.conf

sed -i "s#/var/log/slurm/slurmdbd.log#$PREFIX/var/log/slurmdbd.log#g" $PREFIX/etc/slurmdbd.conf

修改slurmrestd.service

sed -i "s/^ExecStart/#ExecStart/g" /usr/lib/systemd/system/slurmrestd.service

sed -i ':a;N;$!ba;s/#ExecStart/ExecStart/2' /usr/lib/systemd/system/slurmrestd.service

启动slurm服务

systemctl daemon-reload

systemctl enable slurmdbd --now

systemctl enable slurmctld --now

systemctl enable slurmd --now

systemctl enable slurmrestd --now

#检查服务状态

systemctl status slurmdbd slurmctld slurmd slurmrestd

此时可以看到四个服务全部都是actived，即激活完成：

如果出现failed情况，则需要通过日志查看哪步配置出错

slurmctld的日志，/opt/slurm/v20.11.9/var/log/slurmctld.log

slurmd的日志，tail -100f /var/log/messages

slurmrestd的日志，tail -100f /var/log/messages

slurm配置位置，/opt/slurm/v20.11.9/etc/slurm.conf

注：如果在一些安装步骤忘记修改主机名称，可能会出现slurmctld启动失败的情况，通常错误为：error: This host(master) not a valid controller可以将slurm.conf中的ControllerMachine修改成主机名称即可（master）

3.3.2 compute节点的安装

因为是计算节点，compute节点只需要启动slurmd即可

#将 master 节点的slurm安装包传输到 compute 节点（这一条在master执行，compute可以改成自己的主机名字）

scp ~/slurm-20.11.9.tar.bz2 compute:/root

#在compute节点执行解压

tar -jxf slurm-20.11.9.tar.bz2

cd slurm-20.11.9

#配置

export PREFIX=/opt/slurm/v20.11.9./configure --prefix=$PREFIX

#构建、安装

make && make install

#新建$PREFIX/etc/目录

mkdir -p $PREFIX/etc/

#将master etc目录下的slurm.conf、cgroup.conf文件拷贝到compute节点/opt/slurm/v20.11.9/etc目录（在master节点执行）

scp /opt/slurm/v20.11.9/etc/slurm.conf compute:/opt/slurm/v20.11.9/etc/

scp /opt/slurm/v20.11.9/etc/cgroup.conf compute:/opt/slurm/v20.11.9/etc/

#将etc目录下的slurmd.service文件拷贝到/usr/lib/systemd/system/目录

cp etc/slurmd.service /usr/lib/systemd/system

#将slurm的sbin和bin目录添加到PATH

echo -e '#!/bin/bash\nexport SLURM_HOME=/opt/slurm/v20.11.9\nexport PATH=$SLURM_HOME/sbin:$SLURM_HOME/bin:$PATH' >> /etc/profile.d/slurm.sh

source /etc/profile

#创建配置文件中的目录

mkdir -p $PREFIX/var/spool

chmod 0755 $PREFIX/var/spool

chown -R slurm:slurm $PREFIX/var/spool

mkdir -p $PREFIX/var/run

mkdir -p $PREFIX/var/log

#修改/opt/slurm/v20.11.9/etc/slurm.conf文件，将当前主机配置（slurmd -C）替换到倒数第二行

#如果master节点已经向slurm.conf里添加配置，执行下面命令

sed -i "/PartitionName/i$(slurmd -C | head -n 1)" $PREFIX/etc/slurm.conf

#所有节点的slurm.conf需要保持一致，所以，需要将修改后的slurm.conf拷贝到master节点

#在compute节点执行

scp $PREFIX/etc/slurm.conf master:/$PREFIX/etc/slurm.conf

#启动slurmd服务

systemctl daemon-reload

systemctl enable slurmd --now

#检查服务是否健康

systemctl status slurmd

#因为master节点的slurm.conf更新了，所以需要重启master节点的服务

systemctl restart slurmdbd slurmrestd slurmd slurmctld

Compute节点slurmd服务安装成功：

4.验证slurm集群

4.1 集群状态

#在任意节点执行，可以查看分区、节点数、节点状态等

sinfo

#如果有节点为down，可以执行，即变为idle（空闲）状态

scontrol update NodeName=compute State=RESUME

#查看更详细的信息

scontrol show node

如果在master节点执行sinfo，出现如下输出：

 这说明master节点目前是空闲状态，可以提交作业（注意这是因为本例中我们将master节点也当做compute节点来使用，现实中一般不会这样），如果要将compute从宕机状态回复过来，可以执行：scontrol update NodeName=compute State=RESUME

 

4.2 作业运行

实际上，slurm支持多种提交作业的方法，如sbatch、salloc、sattach，我们这里只是为了验证slurm集群是否部署成功，因此尝试最简单的srun来提交输出主机名称这一作业。

我们在任意节点执行：srun hostname，指令提交后，系统会自动选择合适的节点执行作业（也可以通过其他一些高级办法手动分配）；我们测试的时候这里返回了master，即选择master节点执行作业

如果作业执行时间较长，可以用squeue指令查看作业排队情况；如果已经执行完成，可以使用scontrol show job来查看所有已经执行的任务，如hostname：

这里的jobid是9，因此也可以使用scontrol show job 9来查看，如果需要清除这些信息，使用scancel 9指令即可

 

5.总结 

以上就是本文的全部内容。参考文章内容，入门HPC领域的初学者可以对节点部署、资源调度、作业提交等有更深入的理解。关于slurm的进一步用法、HPC相关的更多知识，我们会在未来持续更新。