Construya su propio supercomputador con Raspberry Pi

Sergio Iserte, Sandra Catalan, Rocío Carratalá, Sergio López

• Editorial: Marcombo
• Año: 2021
• ISBN:
  9788426733337
• Edición: 1
• Categoría: Ciencia de la computación
• Categoría: Ciencias computacionales general

¿Conoce la supercomputación? ¿Quiere introducirse en este campo de una forma entretenida?Sin darse cuenta, la supercomputación lo rodea en su día a día: los anuncios ajustados a sus gustos, las predicciones meteorológicas cada vez más exactas, la simulación del efecto del viento sobre un vehículo... Las empresas más influyentes, importantes avances científicos o, incluso, películas han mostrado la existencia de grandes centros de computación. No obstante, ¿sabe cómo funcionan estos sistemas, quién los usa, para qué y cómo se configuran?Construya su propio supercomputador con Raspberry Pi da respuesta a todas estas preguntas mientras lo guía en la configuración de un prototipo de supercomputador. Con este libro experimentará de primera mano la computación de altas prestaciones, desde el montaje físico del sistema hasta la ejecución de aplicaciones científicas. Así pues, gracias a esta lectura: - Aprenderá los conceptos básicos sobre la supercomputación. - Construirá su propio prototipo funcional de supercomputador utilizando hardware de bajo coste. - Configurará el sistema siguiendo patrones de diseño utilizados hoy en día en este tipo de infraestructuras. - Conocerá algunas de las herramientas clásicas en este contexto. - Instalará y ejecutará aplicaciones propias de distintas disciplinas científicas que se apoyan en la computación de altas prestaciones. - Descubrirá las tecnologías de virtualización y la utilidad de los contenedores en el mundo de la supercomputación.Este libro está escrito por cuatro entusiastas de la computación de altas prestaciones, por lo que podrá emprender su viaje hacia la supercomputación de la mano de Sergio Iserte Agut (investigador en la Universitat Jaume I y profesor de la Universitat Oberta de Catalunya), Sandra Catalán Pallarés (profesora e investigadora de la Universidad Complutense de Madrid), Rocío Carratalá Sáez (investigadora en la Universitat Jaume I) y Sergio López Huguet (investigador en la Universitat Politècnica de València). ¡Este es el momento! No dude en adquirir el libro para disfrutar aprendiendo sobre la supercomputación: una disciplina cuya importancia crece a pasos agigantados.

Parte III

¡Manos a la obra!

Visión general

Esta parte del libro se centra en la adquisición de nuevos conocimientos sobre la HPC a través del montaje y configuración del supercomputador basado en Raspberry Pi. Aunque no se disponga del material necesario para la construcción del clúster, igualmente recomendamos una lectura minuciosa de cada apartado, en los que se explican no solamente nuevos conceptos de HPC, sino que se detallan los pasos a llevar a cabo para una correcta configuración/instalación del clúster y las herramientas y aplicaciones presentadas.

La HPC es un área en la que confluyen conocimientos de diversas áreas informáticas, tales como las redes, la arquitectura de computadores o los entornos de usuario, entre otras. Por esa razón, en esta parte del libro, a medida que se lleva a cabo el montaje y configuración del clúster, se van introduciendo conceptos de las distintas áreas, que se explican conforme son necesarios.

El primer capítulo de esta parte (Capítulo 3) presenta el sistema operativo y distintas utilidades y comandos que serán necesarios para poder llevar a cabo los pasos de los siguientes capítulos, desde la instalación del propio sistema operativo hasta la escritura de scripts básicos. A continuación, se detalla gráficamente y paso a paso cómo ensamblar todos los componentes que formarán parte del supercomputador RPi. El Capítulo 4 presenta los pasos a seguir para que el clúster montado en el capítulo anterior funcione como un supercomputador; para ello se realiza la configuración de la red interna y del sistema de ficheros compartido. Los Capítulos 5 y 6 muestran algunas herramientas más avanzadas dentro de un supercomputador; particularmente, distintos modelos de programación paralela y el gestor de trabajos. El Capítulo 7 se centra en distintos benchmarks, herramientas y aplicaciones en uso en sistemas reales. Finalmente, el Capítulo 8 va un paso más allá, y se centra en aspectos más avanzados: la virtualización y el uso de contenedores.

3. Montaje del clúster

En este capítulo se detalla gráficamente, y paso a paso, el montaje y puesta en marcha del clúster. El capítulo recoge una breve descripción sobre qué es un sistema operativo a modo de introducción y continúa con los pasos detallados para ensamblar los componentes hardware del clúster, junto con la instalación del sistema operativo correspondiente.

3.1 El sistema operativo

El sistema operativo (SO) es el programa informático principal que gestiona los recursos hardware y software disponibles en la máquina anfitriona. Para este propósito, el SO se ejecuta en modo administrador. Este rol de administración, a diferencia de los usuarios estándar del sistema, atribuye una serie de permisos exclusivos para realizar ciertas operaciones cuya mala ejecución puede provocar errores críticos que ocasionen la caída del sistema. A grandes rasgos, un SO básico tiene que proveer una serie de funciones que permitan llevar a cabo las siguientes operaciones:

▪ Crear, destruir y sincronizar procesos.

▪ Gestionar el uso de la memoria principal.

▪ Gestionar el uso del almacenamiento secundario.

▪ Manejar las interrupciones de los dispositivos de entrada y salida conectados al sistema.

▪ Gestionar los datos almacenados mediante un sistema de archivos.

▪ Controlar los permisos de ejecución de las tareas de administración.

▪ Gestionar las comunicaciones de red.

La Figura 3.1 ilustra la jerarquía de interacción Usuario-Aplicación-SO-Hardware, donde se puede apreciar que el SO se sitúa justo por encima del hardware para su gestión. El uso de los elementos hardware por parte de las aplicaciones ejecutadas en el sistema operativo es posible gracias a llamadas al sistema o mediante controladores (driver, en inglés). Las primeras son funciones nativas del SO (por ejemplo, las que se encargan de acceder a la memoria principal), mientras que los segundos se incorporan a petición del usuario para un dispositivo específico (por ejemplo, una impresora).

Figura 3.1 Componentes del flujo de trabajo habitual entre usuario y hardware.

Actualmente, los SO aprovechan las arquitecturas multitarea (multihilo o multiprocesador) para ejecutar simultáneamente varios procesos concurrentemente, tal como se vio en el Apartado 1.9. Esto permite lanzar procesos en segundo plano que se ejecutan de forma transparente al usuario. En términos informáticos este tipo de procesos se conocen como demonios (daemon, en inglés). Los demonios ejecutan servicios del sistema muy variados que no requieren la interacción del usuario; por ejemplo, el demonio cron se encarga de ejecutar tareas planificadas, mientras que el sshd se encarga de gestionar las conexiones SSH (más información del protocolo SSH en el Apartado 4.1.1).

3.2 GNU/Linux

Se llama GNU/Linux al SO que combina el núcleo (kernel, en inglés) de Linux con una serie de aplicaciones de código abierto (open source, en inglés). Esta familia de SO se utiliza en la inmensa mayoría ...