[Azure Antenna] クラウドで HPC ～ HPC 環境の構築から、アプリケーションの実行まで～

HPC on Azure
HPC環境構築からアプリケーションの実行まで

Azure PortalでHPC環境を構築する

これから作るHPC環境の構成
InfiniBand

Azure Portalへアクセス
https://portal.azure.com

サブスクリプションの確認

仮想マシンの作成
設定項目今回の設定説明
名前 hpc001 仮想マシンの名前を設定します。
VMディスクの種類 HDD 仮想マシンに接続するディスクの種類 (SSD/HDD)を設定します。
ユーザ名 msadmin 仮想マシンのユーザ名(管理者)
認証の種類パスワード上記のユーザがログインする際の認証の種類(SSH 公開キー/パスワード)を選択します。
サブスクリプション使用するサブスクリプションを選択します。
リソースグループ hpctest この仮想マシンが所属するリソースグループ(新規で作ることも可能)を選択します。
場所東日本仮想マシンをデプロイするリージョンを選択します。

設定項目1 設定項目2 今回の設定説明
高可用性可用性セット名前: hpctest_avail
障害ドメイン : 2
更新ドメイン : 5
InfiniBandを利用するために可用性セットを設定する必要があります。障害・更新ドメインはデフォ
ルトのまま。
Storage ディスクの種類 HDD VHDに利用するStorageの種類を設定します。
管理ディスクの使用はい
ネットワーク Virtual Network 名前: hpctest-vnet
アドレス空間: 10.1.6.0/24
サブネット名: default
サブネットアドレス範囲 : 10.1.6.0/24
この仮想マシンが所属する仮想ネットワークを選択します。
パブリックIPアドレス名前: hpc01-ip
割り当て: 動的
インターネット経由でアクセスできるようにパブリップIPアドレスを設定します。
ネットワークセキュリティー
グループ(NSG)
名前: hpc01-nsg
受信規則 : SSH (Port=22)
送信規則：なし
仮想マシンとの間でやり取りされるトラフィックを制御するファイアウォールの規則のセットです。
拡張機能拡張機能今回はなし仮想マシンに新しい機能を追加します。
自動シャットダウン自動シャットダウン機能を有
効にする
オフ仮想マシンを自動的に毎日シャットダウンするように設定します。
監視ブート診断有効ホスト上で実行している仮想マシンのシリアルコンソール出力とスクリーンショットをキャプチャ
して、起動時の問題診断に役立てます。
ゲストOS診断無効仮想マシンのメトリックを1分ごとに取得します。
診断ストレージアカウント名前：hpctestdiag788
パフォーマンス：Standard
リプリケーション：LRS
メトリックを保存するためのストレージアカウントを選択します。
※今回はdefaultのまま(Linuxの仮想マシンではSSHのポートのみが開いています。)
※今回はdefaultのまま(2つ目以降のVMは同じVNetを選択します。)
※今回はdefaultのまま(2つ目以降のVMは設定は不要です。)
※今回はdefaultのまま

hpc001 hpc002
デプロイモデル Resource Manager Resource Manager
仮想マシンの名前 hpc001 hpc002
VM Diskの種類 HDD HDD
ユーザ名 msadmin msadmin
認証の種類パスワードパスワード
リソースグループ hpctest hpctest(cmp01で作成済のものを選択)
場所東日本東日本
サイズ H16r H16r
可用性セット hpctest_avail hpctest_avail (cmp01で作成済のものを選択)
ディスク HDD HDD
管理ディスクの使用はいはい
Virtual Network hpctest-vnet hpctest-vnet
パブリックIPアドレス hpc001-ip 不要
ネットワークセキュリティーグループ hpc001-nsg hpc002-nsg
診断ストレージアカウント hpctestdiag788 hpctestdiag788 (cmp01で作成済のものを選択)

共有ディスクの作成
設定項目今回の設定設定
名前 hpc001disk01 追加するデータディスクの名前を設定します。
リソースグループ hpctest2 追加するデータディスクのリソースグループを選択します。
アカウントの種類 Standard_LRS ストレージアカウントの種類(Premium/Standard, データリプリケーションの種類 LRS/ZRS/GRS/RA-GRS)を選択します。
ソースの種類なし(空のディスク) 別のディスクのスナップショットからディスクを作成するか、ストレージアカウントのBLOBから作成するか、空のディ
スクを作成するかを選択します。
サイズ(GiB) 1023 ディスクのサイズを設定します。

パスワードなしでSSHする設定

仮想マシンの起動及び停止

Intel MPI Benchmark #------------------------------------------------------------
# Intel (R) MPI Benchmarks 2017, MPI-1 part
#------------------------------------------------------------
# Date : Wed Nov 22 02:56:34 2017
# Machine : x86_64
# System : Linux
# Release : 3.10.0-514.21.1.el7.x86_64
# Version : #1 SMP Thu May 25 17:04:51 UTC 2017
# MPI Version : 3.1
# MPI Thread Environment:
# Calling sequence was:
# IMB-MPI1 pingpong
# Minimum message length in bytes: 0
# Maximum message length in bytes: 4194304
#
# MPI_Datatype : MPI_BYTE
# MPI_Datatype for reductions : MPI_FLOAT
# MPI_Op : MPI_SUM
#
#
# List of Benchmarks to run:
# PingPong
#---------------------------------------------------
# Benchmarking PingPong
# #processes = 2
#---------------------------------------------------
#bytes #repetitions t[usec] Mbytes/sec
0 1000 2.60 0.00
1 1000 2.61 0.38
2 1000 2.63 0.76
4 1000 2.60 1.54
8 1000 2.59 3.09
16 1000 2.64 6.06
32 1000 2.36 13.55
64 1000 2.35 27.28
128 1000 2.40 53.41
256 1000 2.47 103.77
512 1000 2.61 196.24
1024 1000 2.94 348.83
2048 1000 3.41 599.88
4096 1000 4.49 911.42
8192 1000 5.55 1475.36
16384 1000 7.29 2247.46
32768 1000 10.16 3224.71
65536 640 15.73 4166.39
131072 320 32.01 4094.40
262144 160 55.38 4733.73
524288 80 98.02 5348.79
1048576 40 177.88 5895.01
2097152 20 343.53 6104.79
4194304 10 676.50 6200.00
# All processes entering MPI_Finalize
#------------------------------------------------------------
# Intel (R) MPI Benchmarks 2017, MPI-1 part
#------------------------------------------------------------
# Date : Wed Nov 22 03:00:13 2017
# Machine : x86_64
# System : Linux
# Release : 3.10.0-514.21.1.el7.x86_64
# Version : #1 SMP Thu May 25 17:04:51 UTC 2017
# MPI Version : 3.1
# MPI Thread Environment:
# Calling sequence was:
# IMB-MPI1 pingpong
# Minimum message length in bytes: 0
# Maximum message length in bytes: 4194304
#
# MPI_Datatype : MPI_BYTE
# MPI_Datatype for reductions : MPI_FLOAT
# MPI_Op : MPI_SUM
#
#
# List of Benchmarks to run:
# PingPong
#---------------------------------------------------
# Benchmarking PingPong
# #processes = 2
#---------------------------------------------------
#bytes #repetitions t[usec] Mbytes/sec
0 1000 60.63 0.00
1 1000 49.57 0.02
2 1000 48.46 0.04
4 1000 49.16 0.08
8 1000 49.22 0.16
16 1000 47.67 0.34
32 1000 48.14 0.66
64 1000 47.69 1.34
128 1000 52.62 2.43
256 1000 49.41 5.18
512 1000 50.89 10.06
1024 1000 52.09 19.66
2048 1000 69.27 29.57
4096 1000 72.95 56.15
8192 1000 84.96 96.42
16384 1000 100.70 162.69
32768 1000 137.77 237.84
65536 640 318.70 205.64
131072 320 898.85 145.82
262144 160 1115.12 235.08
524288 80 1349.19 388.59
1048576 40 2139.93 490.01
2097152 20 4487.08 467.38
4194304 10 8537.50 491.28
# All processes entering MPI_Finalize

High Performance Linpack(HPL)
http://registrationcenter-download.intel.com/akdlm/irc_nas/9752/l_mklb_p_2018.1.009.tgz

High Performance Linpack(HPL)
Number of Intel(R) Xeon Phi(TM) coprocessors : 0
================================================================================
HPLinpack 2.1 -- High-Performance Linpack benchmark -- October 26, 2012
Written by A. Petitet and R. Clint Whaley, Innovative Computing Laboratory, UTK
Modified by Piotr Luszczek, Innovative Computing Laboratory, UTK
Modified by Julien Langou, University of Colorado Denver
================================================================================
An explanation of the input/output parameters follows:
T/V : Wall time / encoded variant.
N : The order of the coefficient matrix A.
NB : The partitioning blocking factor.
P : The number of process rows.
Q : The number of process columns.
Time : Time in seconds to solve the linear system.
Gflops : Rate of execution for solving the linear system.
The following parameter values will be used:
N : 65280
NB : 192
PMAP : Column-major process mapping
P : 2
Q : 1
PFACT : Right
NBMIN : 2
NDIV : 2
RFACT : Crout
BCAST : 1ring
DEPTH : 0
SWAP : Binary-exchange
L1 : no-transposed form
U : no-transposed form
EQUIL : no
ALIGN : 8 double precision words
--------------------------------------------------------------------------------
- The matrix A is randomly generated for each test.
- The following scaled residual check will be computed:
||Ax-b||_oo / ( eps * ( || x ||_oo * || A ||_oo + || b ||_oo ) * N )
- The relative machine precision (eps) is taken to be 1.110223e-16
- Computational tests pass if scaled residuals are less than 16.0
================================================================================
T/V N NB P Q Time Gflops
--------------------------------------------------------------------------------
WC00C2R2 65280 192 2 1 136.42 1.35953e+03
HPL_pdgesv() start time Wed Nov 22 06:32:26 2017
HPL_pdgesv() end time Wed Nov 22 06:34:42 2017
--------------------------------------------------------------------------------
||Ax-b||_oo/(eps*(||A||_oo*||x||_oo+||b||_oo)*N)= 0.0041553 ...... PASSED
================================================================================
Finished 1 tests with the following results:
1 tests completed and passed residual checks,
0 tests completed and failed residual checks,
0 tests skipped because of illegal input values.
--------------------------------------------------------------------------------
End of Tests.
================================================================================
================================================================================
T/V N NB P Q Time Gflops
--------------------------------------------------------------------------------
WC00C2R2 65280 192 2 1 136.42 1.35953e+03
HPL_pdgesv() start time Wed Nov 22 06:32:26 2017
HPL_pdgesv() end time Wed Nov 22 06:34:42 2017
--------------------------------------------------------------------------------
||Ax-b||_oo/(eps*(||A||_oo*||x||_oo+||b||_oo)*N)= 0.0041553 ...... PASSED
================================================================================

ARM TemplateによるHPC環境のデプロイ

テンプレートによるHPC環境のデプロイ
https://docs.microsoft.com/ja-jp/azure/virtual-machines/linux/capture-image

ARM Template
{
"$schema": "http://schema.management.azure.com/schemas/2015-01-01-
preview/deploymentTemplate.json",
"contentVersion": "1.0.0.0",
"parameters": {
"resourceLocation": {
"allowedValues": [
"East US",
"West US",
"South Central US",
"North Central US",
"North Europe",
"West Europe",
"Japan East"
],
"type": "String",
"metadata": {
"description": "Azure region where all resources will be deployed. This is
distinct from resource group location."
}
},
"vmSku1": {
"defaultValue": "Standard_H16r",
"allowedValues": [
"Basic_A4",
"Standard_A4",
"Standard_A8",
"Standard_A9",
"Standard_H16r",
"Standard_H16mr",
"Standard_NC6",
"Standard_NC12",
"Standard_NC24"
],
"type": "String",
"metadata": {
"description": "Which instance would you like to deploy to? Not all VMs are
available in all regions"
}
},
"vmSku2": {
"defaultValue": "Standard_H16r",
"allowedValues": [
"Basic_A4",
"Standard_A4",
"Standard_A8",
"Standard_A9",
"Standard_H16r",
"Standard_H16mr",
"Standard_NC6",
"Standard_NC12",
"Standard_NC24"
],
"type": "String",
"metadata": {
"description": "Which instance would you like to deploy to? Not all VMs are
available in all regions"
}
},

ARM Template
"vmssName": {
"maxLength": 10,
"type": "String",
"metadata": {
"description": "String used as a base for naming resources. Must be 3-10
characters in length and globally unique across Azure. A hash is prepended
to this string for some resources, and resource-specific information is
appended."
}
},
"instanceCount": {
"maxValue": 100,
"type": "Int",
"metadata": {
"description": "Number of VM instances (100 or less)."
}
},
"adminUsername": {
"type": "String",
"metadata": {
"description": "Admin username on all VMs."
}
},
"adminPassword": {
"type": "String",
"metadata": {
"description": "Admin password on all VMs."
}
}
},
"variables": {
"namingInfix": "[toLower(substring(concat(parameters('vmssName')), 0, 5))]",
"longNamingInfix": "[toLower(parameters('vmssName'))]",
"jumpBoxName": "[concat(variables('longNamingInfix'),'login')]",
"jumpBoxSAName": "[concat(uniqueString(concat(resourceGroup().id,
variables('newStorageAccountSuffix'), 'jumpboxsa')), 'jb')]",
"jumpBoxOSDiskName": "[concat(variables('jumpBoxName'), 'osdisk')]",
"jumpBoxVHDContainerName": "[concat(variables('jumpBoxName'), 'vhd')]",
"jumpBoxIPConfigName": "[concat(variables('jumpBoxName'), 'ipconfig')]",
"jumpBoxNicName": "[concat(variables('jumpBoxName'), 'nic')]",
"storageAccountType": "Standard_LRS",
"addressPrefix": "10.0.0.0/16",
"subnetPrefix": "10.0.0.0/24",
"virtualNetworkName": "[concat(variables('namingInfix'), 'vnet')]",
"subnetName": "[concat(variables('namingInfix'), 'subnet')]",
"vnetID":
"[resourceId('Microsoft.Network/virtualNetworks',variables('virtualNetworkNa
me'))]",
"subnetRef":
"[concat(variables('vnetID'),'/subnets/',variables('subnetName'))]",
"publicIPAddressName": "[concat(variables('namingInfix'), 'pip')]",
"nicName": "[concat(variables('namingInfix'), 'nic')]",
"ipConfigName": "[concat(variables('namingInfix'), 'ipconfig')]",
"newStorageAccountSuffix": "[concat(variables('namingInfix'), 'sa')]",
"computeApiVersion": "2016-04-30-preview",
"networkApiVersion": "2016-03-30",
"storageApiVersion": "2015-06-15"
},

ARM Template
"resources": [
{
"type": "Microsoft.Network/virtualNetworks",
"name": "[variables('virtualNetworkName')]",
"apiVersion": "[variables('networkApiVersion')]",
"location": "[parameters('resourceLocation')]",
"properties": {
"addressSpace": {
"addressPrefixes": [
"[variables('addressPrefix')]"
]
},
"subnets": [
{
"name": "[variables('subnetName')]",
"properties": {
"addressPrefix": "[variables('subnetPrefix')]"
}
}
]
}
},
{
"type": "Microsoft.Storage/storageAccounts",
"name": "[variables('jumpBoxSAName')]",
"apiVersion": "[variables('storageApiVersion')]",
"properties": {
"accountType": "[variables('storageAccountType')]"
}
},
{
"type": "Microsoft.Network/publicIPAddresses",
"name": "[variables('publicIPAddressName')]",
"properties": {
"publicIPAllocationMethod": "Dynamic",
"dnsSettings": {
"domainNameLabel": "[variables('longNamingInfix')]"
}
}
},
{
"type": "Microsoft.Network/networkInterfaces",
"name": "[variables('jumpBoxNicName')]",
"properties": {
"ipConfigurations": [
{
"name": "[variables('jumpBoxIPConfigName')]",
"properties": {
"privateIPAllocationMethod": "Dynamic",
"publicIPAddress": {
"id":
"[resourceId('Microsoft.Network/publicIPAddresses',variables('publicIPAddressNa
me'))]"
},
"subnet": {
"id": "[variables('subnetRef')]"
}
}
}
]
},
"dependsOn": [
"[concat('Microsoft.Network/publicIPAddresses/',
variables('publicIPAddressName'))]",
"[concat('Microsoft.Network/virtualNetworks/',
variables('virtualNetworkName'))]"
]
},

ARM Template
{
"type": "Microsoft.Compute/virtualMachines",
"name": "[variables('jumpBoxName')]",
"apiVersion": "[variables('computeApiVersion')]",
"properties": {
"hardwareProfile": {
"vmSize": "[parameters('vmSku1')]"
},
"osProfile": {
"computerName": "[variables('jumpBoxName')]",
"adminUsername": "[parameters('adminUsername')]",
"adminPassword": "[parameters('adminPassword')]"
},
"storageProfile": {
"imageReference": {
“id”: “ここにカスタムイメージのリソースIDを入れる”
},
"osDisk": {
"createOption": "fromImage",
"managedDisk": {
"storageAccountType": "Standard_LRS"
}
}
},
"networkProfile": {
"networkInterfaces": [
{
"id":
"[resourceId('Microsoft.Network/networkInterfaces',variables('jumpBoxNicName'))]"
}
]
},
"diagnosticsProfile": {
"bootDiagnostics": {
"enabled": "true",
"storageUri":
"[concat('http://',variables('jumpBoxSAName'),'.blob.core.windows.net')]"
}
}
},
"dependsOn": [
"[concat('Microsoft.Storage/storageAccounts/', variables('jumpBoxSAName'))]",
"[concat('Microsoft.Network/networkInterfaces/', variables('jumpBoxNicName'))]"
]
},

ARM Template
{
"type": "Microsoft.Compute/virtualMachineScaleSets",
"sku": {
"name": "[parameters('vmSku2')]",
"tier": "Standard",
"capacity": "[parameters('instanceCount')]"
},
"name": "[variables('namingInfix')]",
"apiVersion": "[variables('computeApiVersion')]",
"properties": {
"overprovision": "true",
"upgradePolicy": {
"mode": "Manual"
},
"virtualMachineProfile": {
"storageProfile": {
"imageReference": {
"id": “ここにカスタムイメージのリソースIDを入れる”
},
"osDisk": {
"createOption": "fromImage",
"managedDisk": {
"storageAccountType": "Standard_LRS"
}
}
},
"osProfile": {
"computerNamePrefix": "[variables('namingInfix')]",
"adminUsername": "[parameters('adminUsername')]",
"adminPassword": "[parameters('adminPassword')]"
},
"networkProfile": {
"networkInterfaceConfigurations": [
{
"name": "[variables('nicName')]",
"properties": {
"primary": "true",
"ipConfigurations": [
{
"name": "[variables('ipConfigName')]",
"properties": {
"subnet": {
"id": "[concat('/subscriptions/',
subscription().subscriptionId,'/resourceGroups/', resourceGroup().name,
'/providers/Microsoft.Network/virtualNetworks/',
variables('virtualNetworkName'), '/subnets/', variables('subnetName'))]"
}
}
}
]
}
}
]
}
}
},
"dependsOn": [
"[concat('Microsoft.Network/virtualNetworks/',
variables('virtualNetworkName'))]"
]
}
]
}

LAMMPS
http://lammps.sandia.gov/

Batch Shipyard
https://github.com/Azure/batch-shipyard
https://github.com/Azure/batch-shipyard/tree/master/recipes
http://batch-shipyard.readthedocs.io/en/latest/

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