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3 Debian で PC クラスタを作ってみよう

中尾昌 広

PIC
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3.1 は じ め に

安価で高速な並列計算機システムである PC クラスタを、 Debian を使ってセットアップする方法について説明し ます。

3.1.1 PC クラスタとは何か？

クラスタ (cluster) とは英語で「ブドウの房、 同じものが群らがっている様」 みたいな意味です。 つまり、 PC クラスタとは、 複数台の PC をブドウのように（LAN ケーブルで） 相互接続して、 それらを協調動作させるシステムのこと です。

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図 1: クラスタの概念図

3.1.2 PC クラスタをつくる理由

高速な計算機環境が欲しいけど、 スーパーコンピュータみたいな高価な専用並列計算機はとても買えない。 そこで、 普通の 電気屋で売っているような PC をクラスタ化して、 安価に並列計算環境を作ろう、 ということが考えられま した。

PC クラスタには大きく分けて、 HA （High Availability） クラスタと HPC （High Performance Computing） クラスタが あります。 HA クラスタとは、 高可用性を持つシステム、 つまりサービスを止まりにくくすることを目的としたクラスタシステ ムです。 最近は Web 系のサーバでこのシステムがよく用いられています。 HPC クラスタとは、 科学計算分野などでおい て、 ものすごく時間のかかる処理を、 複数台の PC に分散させて、 高速に結果を得ることを目的としたクラ スタシステムです。 企業のメーカでも、 車体や航空機を設計する際のシミュレーションなどに用いられてい ます。

本資料とプレゼンでは基本的に HPC クラスタについての話ですが、 HA クラスタに共通している点も多いはず です。

3.1.3 Debian で PC クラスタを作る理由

3.2 PC クラスタの作り方

並列計算ができるまでを目標として、 PC クラスタシステムをセットアップする手順を説明します。

  1. PC クラスタを構成する部品（PC、 LAN ケーブル、 スイッチングハブ） を用意し、 それぞれ接続する
  2. 用意した PC に Debian GNU/Linux をインストールする
  3. 自分が必要とするコンパイラと並列計算ライブラリをインストールする。 並列計算ライブラリは mpich と PVM がよく 用いられる。 今回は mpich を使う
     # aptitude install mpich-bin libmpich1.0-dev gcc g77 g++

    インストール後に並列計算に用いるホスト名（もしくは IP アドレス） を/etc/mpich/machines.LINUX 記述 する

  4. ク ラ ス タ 内 ネ ット ワ ー ク で は 、 速 度 重 視 の た め 暗 号 化 な し で 通 信 を 行 い た い の で 、 rsh-server と rsh-client をインストー ルする
     # aptitude install rsh-server rsh-client

    インストール後に rsh を許可するホスト名（もしくは IP アドレス） を/etc/hosts.equiv に記述する

  5. NFS を使って/home 以下の共有を行うと便利なため、 PC クラスタを構成する PC の 1 台に nfs-kernel-server をインス トールする
     # aptitude install nfs-kernel-server

    そして、 nfs-kernel-server をインストールした PC の/etc/exports に、 どの PC に NFS のサービスを許可するかの情報 を記述する。

      【/etc/exports の例】
     /home   192.168.1.0/255.255.255.0(rw,async,no_subtree_check)

    /etc/exports の変更後に NFS のサービスを再起動させる

     # /etc/init.d/nfs-kernel-server restart

    そして、 nfs-kernel-server をインストールした PC 以外は、 mount コマンドを用いて NFS サーバにマウントする

     # mount -t nfs  （NFS サーバ） :/home /home

    以上で、 PC クラスタの完成です。 簡単です。 意外かもしれませんが、 並列計算ライブラリ以外は特殊なソフトウェアを 用いていません。 このように既存のソフトウェアを有効活用できる所が、 PC クラスタの大きな特徴 です。

  6. 並列計算用サンプルファイルが、 /usr/share/doc/libmpich1.0-dev/examples/cpi.c にあるので、 実行してみましょう。
     $ mpicc cpi.c -o pi  【コンパイル】
     $ mpirun -np 5 pi    【実行】

    cpi.c は π の値を計算するプログラムです。 mpicc というコマンドで C 言語で書かれた並列計算プログラムのコンパイル が行えます。 Fortran の場合は mpif77、 C++ の場合は mpicxx などを用います。

    そして、 mpirun というコマンドで、 並列計算プログラムの実行が行えます。 引数の-np 以降はプロセス数を指定してい ます。 また、 並列計算に使用したいマシンを指定する際は、 -machinefile というオプションを利用し ます。

     $ mpirun -np 5 -machinefile hoge.txt pi

    この場合、 hoge.txt に並列計算に使用したいホスト名を書くと、 その PC で並列計算が行われます。

3.3 クラスタで使うと便利なソフトウェア

Ganglia という各ノードの負荷、 生死を Web ブラウザから確認できるソフトウェア。 日、 週、 月、 年といった単位でクラスタ 全体のロードアベレージの傾向も見ることができます。

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図 2: Ganglia

3.4 おわりに

駆け足でクラスタの概要とセットアップ手順について説明しました。 Debian でクラスタを作るのは簡単だというのが伝われば 幸いです。

3.5 参考文献

第 10 回関西 Debian 勉強会 2008 年 2 月
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