Construcción y evaluación de desempeño de un cluster tipo Beowulf para cómputo de alto rendimiento

Daniel Manrique M.

• Índice General
• Agradecimientos
• 1. Introducción
  • El problema
  • Objetivo
  • Resultados esperados
  
  
• 2. Teoría
  • 2.1 Contexto histórico
    • 2.1.1 La necesidad de computadoras verdaderamente rápidas
  • 2.2 Enfoques para incrementar el rendimiento
  • 2.3 Sistemas multiprocesador
    • 2.3.1 Arquitectura SMP
    • 2.3.2 Arquitectura MPP
    • 2.3.3 Consideraciones de utilización para máquinas paralelas
      • 2.3.3.1 Memoria compartida
      • 2.3.3.2 Paso de mensajes
      • 2.3.3.3 Consideraciones generales
      • 2.3.3.4 La Ley de Amdahl
    • 2.3.4 Estándares de programación en máquinas paralelas
    • 2.3.5 Bibliotecas de paso de mensajes
    • 2.3.6 PVM
      • 2.3.6.1 Historia
      • 2.3.6.2 Diseño
      • 2.3.6.3 Implementación
    • 2.3.7 MPI
      • 2.3.7.1 Historia
      • 2.3.7.2 Diseño
      • 2.3.7.3 Implementación
    • 2.3.8 Otros estándares de programación para máquinas paralelas
      • 2.3.8.1 OpenMP
      • 2.3.8.2 Especificaciones de Paso de Mensajes
  • 2.4 Clusters: una clase de máquina paralela
    • 2.4.1 Algunas clases de máquinas paralelas
    • 2.4.2 Los clusters
    • 2.4.3 Clusters tipo Beowulf
      • 2.4.3.1 Historia
      • 2.4.3.2 Características
    • 2.4.4 Implementación
  • 2.5 Linux
    • 2.5.1 ¿Qué es Linux?
    • 2.5.2 Algunas características de Linux
    • 2.5.3 Un poco de historia
      • 2.5.3.1 Unix
      • 2.5.3.2 Software Libre
    • 2.5.4 Aparición de Linux
    • 2.5.5 Utilización de Linux en clusters tipo Beowulf
  • 2.6 Resumen
  
  
• 3. Construcción del cluster
  • 3.1 Hardware
    • 3.1.1 Comunicación entre nodos
    • 3.1.2 Consideraciones para equipos sin disco duro
    • 3.1.3 Integración de hardware
  • 3.2 Software
    • 3.2.1 Instalación y arranque del sistema operativo en el servidor central
    • 3.2.2 Instalación y configuración de software de inicialización en los nodos
      • 3.2.2.1 Asignación automática de dirección IP
      • 3.2.2.2 Servidor de archivos de arranque TFTP
      • 3.2.2.3 Cargador de arranque
      • 3.2.2.4 Creación del kernel para los nodos
    • 3.2.3 Organización de sistemas de archivos para NFS
    • 3.2.4 Servidor NFS
    • 3.2.5 Configuración servidor NIS
    • 3.2.6 Configuración por nodo
      • 3.2.6.1 Montaje de los sistemas de archivos remotos
      • 3.2.6.2 Configuración cliente NIS
    • 3.2.7 Archivo /etc/hosts
    • 3.2.8 Toques finales
    • 3.2.9 Configuración de archivo /etc/hosts.equiv
      • 3.2.9.1 Optimización de configuración
    • 3.2.10 Instalación y configuración de bibliotecas para programación paralela
      • 3.2.10.1 Consideraciones previas
      • 3.2.10.2 Restricciones para el superusuario
      • 3.2.10.3 Configuración preliminar
    • 3.2.11 Instalación y configuración de PVM
      • 3.2.11.1 Configuración
      • 3.2.11.2 Comprobación de funcionamiento
    • 3.2.12 Instalación y configuración de MPICH
      • 3.2.12.1 Configuración
      • 3.2.12.2 Comprobación de funcionamiento
  • 3.3 Resumen
  
  
• 4. Utilización
  • 4.1 Multiplicación de matrices
    • 4.1.1 La operación de multiplicación de matrices
    • 4.1.2 Una sencilla implementación de multiplicación de matrices
  • 4.2 Implementación paralela
    • 4.2.1 Elección de organización
    • 4.2.2 El algoritmo en paralelo
    • 4.2.3 Implementación
      • 4.2.3.1 MPI
      • 4.2.3.2 PVM
    • 4.2.4 Comparación de funciones: PVM vs. MPI
    • 4.2.5 Compilación
      • 4.2.5.1 MPI
      • 4.2.5.2 PVM
    • 4.2.6 Ejecución
      • 4.2.6.1 MPI
      • 4.2.6.2 PVM
      • 4.2.6.3 Número real de procesos iniciados
    • 4.2.7 Realización de pruebas
    • 4.2.8 Tablas de resultados
    • 4.2.9 Gráficas
    • 4.2.10 Discusión de resultados
  • 4.3 Benchmark HPL
    • 4.3.1 Requisitos previos
    • 4.3.2 Instalación
      • 4.3.2.1 Biblioteca ATLAS
      • 4.3.2.2 HPL
    • 4.3.3 Realización de pruebas
      • 4.3.3.1 Configuración
      • 4.3.3.2 Ejecución
    • 4.3.4 Discusión de resultados
  • 4.4 Uso del cluster en aplicaciones reales
    • 4.4.1 Ray tracing: una aplicación real
    • 4.4.2 La técnica de ray tracing
    • 4.4.3 Selección de software
    • 4.4.4 POV-Ray
    • 4.4.5 Paralelizando POV-Ray
    • 4.4.6 Instalación de MPI-POV-Ray
    • 4.4.7 Utilizando POV-Ray
    • 4.4.8 Algunas pruebas de rendimiento
      • 4.4.8.1 El benchmark de POV-Ray
      • 4.4.8.2 Discusión de resultados
    • 4.4.9 Utilización en aplicaciones de ray tracing
  • 4.5 Resumen
  
  
• 5. Conclusiones
  • 5.1 Construyendo un Beowulf
    • 5.1.1 Hardware: Un recurso limitado
      • 5.1.1.1 Procesador y memoria
      • 5.1.1.2 Almacenamiento secundario
      • 5.1.1.3 Red local
    • 5.1.2 Software: Adaptándose a las necesidades
  • 5.2 Utilizando un Beowulf
  • 5.3 ¿Para qué más sirve este Beowulf?
  • 5.4 ``Concluyendo'' las conclusiones
  
  
• A. Programas aplicados
  • A.1 Multiplicación de matrices
    • A.1.1 Rutinas de manejo de matrices
    • A.1.2 Multiplicación de matrices - uniprocesador
    • A.1.3 Multiplicación de matrices paralelizada - MPI
    • A.1.4 Multiplicación de matrices paralelizada - PVM
  
  
• B. Archivos de configuración
  • B.1 Archivo de configuración demonio dhcp
  • B.2 Archivo de configuración kernel Linux
  • B.3 Configuración HPL, HPL.dat
  
  
• C. Otros archivos