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2010-03-31

IDEA: Cloud CPU

今天中午在跟擅長 GPU 與平行運算的郭芳安同仁聊天，除了談到怎麼讓 Multiple GPU 可以透過 pthread, OpenMP, MPI 作協同運作外，也談到目前的應用瓶頸主要還是在 Data I/O Throughput，這裡講的並不是最前面讀取資料，最後面寫回硬碟（SAN, NAS, 或 D/P File System）的資料通量，而是在運算過程中的資料通量，可能發生在網路卡之間（MPI job），可能發生在 CPU 經過北橋晶片，存取記憶體的過程。目前最大的問題還是在於 CPU 無法直接存取記憶體，因此 CPU 根本「吃不飽」。在現階段我們的一些省電測試中，確實光是四核心 CPU 就很難餵飽它，讓它一直維持 100%。目前最接近的 CPU 架構應該是 Blue Gene，當然我也提到過去在觀察的 Network Processor。不過最後我們得到一個結論，就是如果有一種 CPU 架構可以直接存取網路跟記憶體，那這種 CPU 大概是最適合高效能運算(HPC)的吧。

Green Computing : Energy Efficiency : DRBL/Clonezilla over NAS

關於 Network Processor 目前大多數應用在 NAS 裝置上，因此今天跟哲源討論的時候，談到或許把 NFS 甚至整個 DRBL Server 移植到 NAS 上，搞不好會最省電，因為 CPU 特性的原因。但是這樣造成另一個問題，由於通常 NAS 是 ARM 或 MIPS 等架構，縱使可以裝 Debian，但卻不能拿來接 x86 架構的個人電腦作備份還原。因為光是 linux kernel, glibc 就造成很大的差異。這個問題跟 32 位元的 server 配上 64 位元的 client 有異曲同工之妙，會遇到不同 CPU 架構造成的異質性問題。

Configuration Management Tool

先前常遇到 DRBL 在整合一些叢集軟體的設定檔案問題，有時 Server 跟 Client 必須不同，這就有點跟原始 DRBL 用意不太一致，也容易因為重跑 DRBL redeploy 而需要重新修改，特別是 /etc/hosts。是否該整合所謂 Configuration Management 的軟體，來協助部署像是 Hadoop 或者 Lustre 這種軟體呢？値得評估看看，但第一步可能還是得先了解一下這些 Configuration Management Tool 的用法。

參考 Hadoop Wiki 有提到幾種：bcfg2, SmartFrog, Puppet, cfengine

Consider a system configuration management package to keep Hadoop's source and configuration consistent across all nodes. Some example packages are bcfg2, SmartFrog, Puppet, cfengine, etc.

Deploying Apache Hadoop with SmartFrog
- http://smartfrog.org/ - 由 HP 實驗室設計的叢集設定軟體(Configuration Management tools, CM-tool)
Bcfg2 是由 Argonne National Laboratory 開發的 - Debian 有 bcfg2 套件
Cfengine (configuration engine) - 自動化管理工具，甚至號稱未來可以管理雲端 - Newly Released Cfengine 3 will Manage Resource Clouds
puppet 是一套用來佈署叢集設定檔的工具。不過....從東京大學IRT研究機構(Information and Robot Technology Research Initiative)的叢集管理實務經驗顯示：還挺吃記憶體的 - Debian 有 puppet 套件
在另一個 mail list (Best CFM Engine for Hadoop) 中看到有人建議 Spacewalk(太空漫步), 連 Logo 都是太空漫步呢 :)
根據 google trends 排行榜，cfengine 還是大獲全勝，至於 puppet 因為跟木偶同意，所以不準。初步選擇 cfengine, puppet 來看一下，至於需要資料庫的 SmartFrog 則排在第三順位。

I/O Intensive Virtualization

最近 trac 一直不太順，本以為是有大量網路攻擊造成，但也觀察到另一個現象，就是虛擬機器的 host OS 若出現 IOWait 就會影響虛擬機器效能。跟 thomas 討論過，已知若採用 FLAT 格式的 VMDK 比較不會有這種問題，但是如果是支援 Copy-On-Write (COW) 動態成長的虛擬硬碟就容易有效能上的 overhead。因此這裡出現了一個新的問題，虛擬化平台上是否合適執行 I/O Intensive 的虛擬機器呢?? 還是最好讓虛擬機器直接掛載實體硬碟會比較妥當呢?? 先前也有聽過 Database 虛擬化之後，整體效能嚴重降低的問題，而 Hadoop 若放在 Xen 上跑，Cloudera 的 Christophe 似乎也不是非常建議。
[解決方法] 初步想到的解決方法：
- VM 採用 local Disk Partition
- VM 採用 iSCSI Disk or use Distributed/Parallel? File System to share heavy I/O (分散 I/O 到多顆 Disk)
- 當然最消極作為是 Data Intensive Job 最好還是在實體機器上跑。
[注意事項]
- 當然不管是當 Data Intensive 計算主機還是 VM Host 主機，都最好不要吃到 SWAP，否則只有一個字：「慘」!!!
- 這也就代表....記憶體總容量比 CPU 多核重要 (跟上面講的還是一致，多核餵不飽，而且如果記憶體不夠大，更不可能餵飽它)
- 先前 Hadoop 叢集常掛也是因為吃到 SWAP，現在 VM Host 雖然沒有掛，但卻造成 VM Client 嚴重的延遲。
[研究議題]
- 謎之聲：那最好的 "RAM GB / CPU Core 個數" 這個數值會是多少呢 ???
- Virtual I/O : I/O 如何虛擬化?? 先前看過 PCI Express 有支援 IOMMU ...
- 系統監控、資源排程(Resource Scheduling and Provisioning)、動態負載平衡(Dynamic Load Balance)需要考慮平均 I/O 上限是否超出單台負載。

那麼 IOWait 有什麼好的解決知道呢?? - [參考文章] IOWait 相關問題(簡)

IOWait 高的一些處理方法

1、如果有使用 RAID，請檢查 RAID 的狀態，例如：是否正在重建或者沒有初始化

2、更換作業系統的核心，最好使用發行版標準的 Linux kernel，因為有比較多的修補

3、檢查 /proc/sys/vm 下面是否可以最佳化

4、是否使用了檔案系統，檔案系統是否有最佳化的選項，比如在 RAID5 上採用 xfs 文件系統時，
   可以調節一些參數優化性能

5、客戶端程式是否產生了過大的壓力，比如磁碟的讀寫效能只有 10MB/s，每個執行緒的讀寫
   速度為 5 MB/s，那麼如果讀寫執行緒個數為 20 的話，無疑會造成 IOWait 過高

6、查看進程狀態
	ps -eo pid,user,wchan=WIDE-WCHAN-COLUMN -o s,cmd|awk ' $4 ~ /D/ {print $0}'
	lsof -p $pid

7、使用block_dump

	/etc/init.d/syslog stop
	echo 1 > /proc/sys/vm/block_dump
	sleep 60
	dmesg | awk '/(READ|WRITE|dirtied)/ {process[$1]++} END {for (x in process) \
		print process[x],x}' |sort -nr |awk '{print $2 " " $1}' | \
	head -n 10

	echo 0 > /proc/sys/vm/block_dump
	/etc/init.d/syslog start

[參考] LISA'09 的 Tutorial 列了不少 performance tuning

    *  Performance tuning strategies
          o Practical goals
          o Monitoring intervals
          o Useful statistics
          o Tools, tools, tools
    * Server tuning
          o Filesystem and disk tuning
          o Memory consumption and swap space
          o System resource monitoring
    * NFS performance tuning
          o NFS server constraints
          o NFS client improvements
          o NFS over WANs
          o Automounter and other tricks
    * Network performance, design, and capacity planning
          o Locating bottlenecks
          o Demand management
          o Media choices and protocols
          o Network topologies: bridges, switches, and routers
          o Throughput and latency considerations
          o Modeling resource usage
    * Application tuning
          o System resource usage
          o Memory allocation
          o Code profiling
          o Job scheduling and queuing
          o Real-time issues
          o Managing response time
----------------
# High-performance I/O
    * Advanced file systems and the LVM
    * Disk striping
    * Optimizing I/O performance
# Advanced compute-server environments
    * HPC with Beowulf
    * Clustering and high availability
    * Parallelization environments/facilities
    * CPU performance optimization
# Enterprise-wide security features, including centralized authentication
# Automation techniques and facilities
# Linux performance tuning
----------------
# NFS performance tuning

    * NFS server constraints
    * NFS client improvements
    * NFS over WANs
    * Automounter and other tricks

# Application tuning

    * System resource usage
    * Memory allocation
    * Code profiling
    * Job scheduling and queuing
    * Real-time issues
    * Managing response time
----------------

Mobile Computing

今天看到洪朝貴老師的 e 管家文章，雖然先前知道這東西，但沒啥動力要裝。倒是對老師文章中提到的手機作業系統排行榜有興趣。
- 根據 Garnter 的研究，到 2012 年，Symbian 跟 Android 會排手機作業系統的前兩名，第三名是 iPhone。1
- 2009-05-29 : Comparing Smartphone Market Share by Operating System - 這篇文章的圖蠻有意思的，說明了用 iPhone 看 HTML 網站的比例非常高，或許跟螢幕夠大有關吧 :)
  - Garnter 2009 年的研究，比例上手機作業系統排行是 Symbian (52%) > RIM (17%) > Windows (12%) > iPhone (8%) > > Plam (2%) = Other(2%) > Android (1%) 卻預測 2012 Android 會成長到 14% ，這真是個大膽的假設啊!!
  - 也許最近這個消息讓 Garnter 敢如此大膽吧 - 2010-03-29: AdMob：Android 上網流量超越 Symbian
  - 當然也有人預估 Android 未來會因為版本太多而深受其害!! - 2010/03/30 : Google 將處理 Android 版本過多問題？

當然台灣是硬體製造大國，手機更是亮眼的投資標地，而且 Android 在台灣本土已經有一些有趣的應用，像是 SpeedRadar 測速照相、i68 國道資訊 Live，看樣子去年很多人押寶 Android 也不是沒道理了 :)

DRBL related : High Availability and Configuration integrity

關於 HA 部分，最重要的應該是 heartbeat 跟 DRBD，其中 heartbeat 已經有套件，drbd 應該是要裝 'drbd8-modules-版本' 模組套件，再搭配一些 util 套件來管理吧。
- [重點參考] Highly Available NFS Server Using DRBD And Heartbeat On Debian 5.0 (Lenny)
至於有時候設定檔到底有沒有被改掉呢，今天讀到一個檢查工具叫做 tripwire，也已經有 debian 套件了。
- tripwire 簡易說明
- http://sourceforge.net/projects/tripwire/ - Open Source Tripwire
- 還有另一個叫做 AFICK (Another File Integrity Checker)

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