集群任务管理系统SGE的简明教程

我用的一个服务器上装了一个集群管理工具(SGE, Sun Grid Engine), 用于从登陆节点上向计算节点进行任务投递。一开始，不太会用，但是经过一段时间的摸索学习后，终于能顺手的用起来了。

在使用SGE之前，你得先了解SGE到底做了什么事情. SGE或者其他集群管理工作做的事情就是将用户投递的任务进行排队，然后将任务交给能够运行的结算节点执行，工作流程可以分为四步:

接受用户投放的任务
在任务运行以前，将任务放到一个存储区域
发送任务到一个执行设备，并监控任务的运行
运行结束写回结果并记录运行日志

SGE的常用命令

任务投递

SGE中投递任务所用到的命令是qsub. 最简单的用法是下面这种，即,将要执行的命令通过标准输入的方式传递给qsub

echo "ls -l " | qsub

投递之后可以用qstat查看自己投递的任务的运行情况，如下图

任务投递情况

第一列是任务编号, 第二列是优先级，第三列是任务名字，在参数里没有特别说明的情况下，SGE会用任务的来源进行命令，STDIN表示来自于标准输入，第四列是用户名，第五列是运行状态("r"表示运行中), 第六列表示任务投递和开始时间，第七列是任务投递的节点，第8列则是要申请的线程数。在执行完成后会在家目录下生成"STDIN.e7883"和"STDIN.o7883", 其中7883就是任务编号, 前者存放标准错误输出, 后者存放标准输出，因此"cat STDIN.o7883"的内容就是ls -l的内容。

另一种方法是先写一个脚本然后投递，比如先编辑一个文件"ls.sh", 内容如下，然后用"qsub ls.sh"投递任务。

ls -l

跟之前一样，最后在家目录下产生了"ls.sh.exxxx"和"ls.sh.exxxx"两个文件

当然实际时肯定没有那么简单，我们需要增加各种参数来调整qsub的行为，用qsub -help可以看完整的参数，但是常用的为如下几个

-q xxx : 指定要投递到的队列，如果不指定的话，SGE会在用户可使用的队列中选择一个满足要求的队列。
-V：将当前的环境变量传递到执行命令的节点中
cwd: 在当前目录下执行任务, sge的日志会输出到当前路径。不增加该指令，所有投递的任务都会在家目录下执行
-l resource=value: 请求资源数, 例如 -l vf=25G -l h=node1 就是任务的预估内存要25G(内存估计的值应稍微大于真实的内存，内存预估偏小可能会导致节点跑挂), 申请在node1上运行
-S /bin/bash: 表示在bash环境下执行命令。默认tcsh.
-pe openmpi 4: 表示使用openmpi进行并行运算，且申请的线程是4，
-N 任务名: 手动执行任务的名字
-j y|n ：是否将标准输入和标准输入合并成一个文件
-sync y|n: 是否等待任务结束，返回退出码
-o path: 指定标准输出的文件夹

那么接下来就可以添加这些参数运行一些命令了，例如在命令行里投递一个比对任务

echo "bowtie2 -p 8 -x index/ref -1 data/A_1.fq -2 data/A_2.fq | samtools sort > A.bam" | qsub -V -cwd -l vf=25G -S /bin/bash -pe openmpi 8 -N A.bt2

这些参数除了在外部设置外，还可以在shell脚本里设置，如下

#!/bin/bash
#$ -S /bin/bash
#$ -V
#$ -cwd
#$ -l vf=25G
#$ -pe openmpi 8
#$ -N a.bt2
bowtie2 -p 8 -x index/ref -1 data/A_1.fq -2 data/A_2.fq | samtools sort > A.bam

查询任务

除了任务投递外，查询任务也是一个非常常用的命令，除了刚才直接用qstat查看，还有如下参数比较好用

qstat -f        # 查看用户任务
qstat -j jobId  # 按任务id查看
qstat -explain a|c|A|E -j jobID # 查看任务任务并给出解释
qstat -u user   # 按用户查看

任务状态：

qw: 表示等待状态
hqw: 任务挂起等待中，待依赖的任务完成后执行
Eqw: 投递任务出错
r: 表示任务正在运行
s: 暂时挂起
dr: 节点挂了之后，删除任务就会出现这个状态，只有节点重启之后，任务才会消失

删除任务

任务删除也比较重要，毕竟偶尔会出现任务投递出错的情况

qdel -j 1111   删除任务号为1111的任务

其他命令

qrsh：与qsub相比，是交互式的投递任务，注意参数:-now yes|no默认设置为yes
- 若设置为yes，立即调度作业，如果没有可用资源，则拒绝作业，任务投递失败，任务状态为Eqw。
- 若设置为no，调度时如果没有可用资源，则将作业排入队列，等待调度。
- 例子： qrsh -l vf=*G -q all.q -now no -w n *sh
qacct 从集群日志中抽取任意账户信息
qalter 更改已提交但正处于暂挂状态的作业的属性
qconf 为集群和队列配置提供用户界面
- qconf -spl查看可用并行环境
qhold 阻止已提交作业的执行
qhost 显示SGE执行主机（即各个计算节点）的状态信息
- qhost -j按照节点显示任务
- qhost -F展示每个节点的资源
qlogin 启动telnet或类似的登录会话。

案例：一个投递比对任务的简单脚本


#!/bin/bash

set -e
set -u
set -o pipefail

threads=8
index=index/hg19

FQ_DIR="analysis/0-raw-data"
ALIGN_DIR="analysis/2-read-align"
LOG_DIR="analysis/log"
TMP_DIR="analysis/tmp"

mkdir -p ${ALIGN_DIR}
mkdir -p ${LOG_DIR}
mkdir -p ${TMP_DIR}

tail -n+2 download_table.txt | cut -f 6 | while read id;
do
    echo "
    bowtie2 --very-sensitive-local --mm -p $threads -x $index -U ${FQ_DIR}/$id.fastq.gz 2> ${LOG_DIR}/$id.bt2.log | \
    samtools sort -@ 2 -m 1G -T ${TMP_DIR}/${id} -o ${ALIGN_DIR}/${id}.sort.bam" | qsub -V -cwd -pe openmpi $threads -N ${id}_bt2 -q all.q -S /bin/bash
done