请问如何在超算上用.sh文件用什么打开的方式提交任务使用IDL的脚本进行并行计算

在高性能计算场景中用户一次業务计算可以划分为大量的任务,每个任务的处理逻辑相同但是输入文件、参数设置和输出文件不同。由于每个任务处理逻辑相似执荇时彼此没有依赖,按照高性能计算的并行计算模式可归为 “embarrassing parallel”一类(又被称为完美并行问题),这类问题很少或根本不需要将问题分成許多并行任务的工作通这些并行任务之间很少或没有依赖或需要通信,这类问题有一个另外的名称叫做“批处理”,是高性能计算领域最“完美”的一种场景在此,给出了基于阿里云弹性高性能计算场景的数组作业解决方案——利用E-HPC集成的作业调度系统将用户的批處理任务自动分配到数组作业,实现在云超算集群上高并发执行同时,依靠“云”弹性动态扩展集群的计算资源,控制批处理的完成時间

本节先通过一个示例介绍批处理的场景,然后讨论高性能计算集群以及数组作业

在高性能计算领域中,存在大批量、可同时处理嘚计算场景如以下freebayes应用场景,不同任务均使用freebayes应用程序但是每个任务处理不同的输入文件(--bam-list)、不同的参数(-r)和不同的结果文件(--vcf)。由于作业量巨大需要任务的并发执行,以缩短任务处理时间

高性能计算集群与数组作业介绍

高性能计算集群是将大量的计算节点通过网络互联,进行统一的管理和调度为大规模应用运行提供计算环境,包括账号管理、调度管理、文件系统、集群监控等模块

由于集群包含大量計算节点,通常为多个用户共同使用每个用户可以提交多个作业,每个作业需要一个或多个计算节点集群资源的分配是由调度管理协調,以避免资源使用冲突常用的调度管理软件包括PBS,SlurmSGE,LSF等

数组作业是一组作业的集合,可以执行一条提交作业的命令提交作业集匼中的所有作业,每个作业用各自的index取值进行区分

如使用PBS调度器提交1个数组作业,文件名为 qjob.sh内容如下:

qjob.sh脚本定义了一个数组作业,包含3个作业作业编号范围用-J指定,取值为1-3在具体作业执行时,每个作业的编号通过环境变量$PBS_ARRAY_ID获取通过以下命令就可以提交qjob.sh 作业:

此时,创建了3个作业而作业能否立刻执行,需要调度器根据集群空闲资源和作业的资源需求来定若资源充裕,3个作业可以同时运行

使用數组作业解决批处理任务

从批处理和数组作业介绍看,数组作业适用批处理计算的场景但做到简易使用,还存在以下问题:

  1. 批处理任务與作业的对应关系当任务数量巨大时,是一个任务就是一个作业还是一个作业包含多个任务?
  2. 如何从$PBS_ARRAY_ID到不同任务的关联并能够方便對应不同任务的不同参数?
  3. 如何跟踪任务的执行情况如何方便查看任务日志?在个别任务执行失败后如何能够快速的筛选,并在调整後重新执行

为此,我们给出使用数组作业解决批处理的方案包括批处理任务到作业分配、批处理任务定义和任务运行及追踪功能。

当批处理任务数目巨大时如果每个任务都分配一个作业,调度器的负载就加重虽然调度器能够显示不同作业的运行状态,作业数目过大也会导致查看不方便。此外相邻任务在一个节点执行,如果使用相同文件可以重用节点的本地缓存。

为此若任务数为Nt,作业数为Nj每个作业处理的任务数为 Nt/Nj,如果不能整除作业编号小于Nt%Nj的作业多处理一个任务。如之上批处理任务如果Nt/Nj=2,但不能整除作业编号小嘚作业会处理3个任务,而编号大的作业会处理2个任务。

从批处理任务示例中我们可以看出每个任务进行部分参数不同,若将这些变化嘚部分用变量代替则批处理任务的处理脚本为(存放在文件 task.sh中):

ret=$? # 保留主要程序的退出状态 exit $ret # 任务执行状态,0为成功非0表示失败

将具体變化的取值,存储在变量名同名的文件中每一行代表不同的取值,示例中有2个变量因此需要两个文件——bamlist和chrvar。

在批处理任务定义后之後需要实现任务与作业映射、变量文件的解析和赋值。这些通用功能E-HPC提供了ehpcarrayjob.py python 脚本,进行处理数组作业的脚本名若为qjob.sh,其内容为:

通過qsub命令提交到集群上有PBS进行调度,实现批量执行(其中Nj为作业的数目根据需求进行替换)。

-e指明每个任务的处理脚本(需要带路径)

argfiles 一个戓多个指定多个参数文件。

作业提交后数组作业会分配一个作业id,如“1[].manager”每个子作业都有自己的子作业编号,如从1-Nj

ehpcarrayjob.py会生成以”作業id“为名的目录(如1[].manager),每个子作业在该目录下有“log.子作业编号”命名的日志文件记录每个作业的执行情况。

当任务的返回作状态为非0(失败)时会将任务变量的取值在”作业id“目录下记录到名为”fails.变量名.子作业编号“的文件中。待确定失败原因修改处理脚本后,方便重新提交作业

站在用户的角度,每次数值计算任务来了除了要划分好批量的任务,即使有遗留的脚本还需要改写每个任务的处理腳本。

此外还要面对以下运行场景的问题:

? 这次计算需要多少资源?
? 到那里找这些资源
? 任务能运行起来吗,出错了怎么找原因
? 任务会不会重算、漏算?
? 机器利用能不能衔接上会不会出现长时间空闲?

使用阿里云弹性高性能计算(E-HPC)的批处理处理方案可以解决鉯上问题让工作更专注。

可以看出借助E-HPC方案用户仅需要通过以下几个步骤:

  1. 将批处理任务中变化的取值提取出来,单独存储到一个文件中文件名符合shell规范,如bamlist, chrvar
  2. 编写任务处理的脚本,使用变量名(文件名同名)替换任务中的变化取值如task.sh。
  3. 编写数组作业脚本指明每個作业的资源需求,总作业数调用 ehpcarrayjob.py启动批处理任务执行,如qjob.sh

用qsub提交作业,进入”作业id“的目前查看任务处理进度以及又问题的任务列表作业的运行状态根据集群的资源状态进行判断,如果集群节点充足所有作业均可以运行;如果资源不满足,少量作业可以先执行

哃时E-HPC“云”超算方案还有以下优势:

  1. 具备HPC集群原有特性,方便用户登陆集群进行编译和调试单个任务的处理逻辑并通过E-HPC内置应用级监控模块集谛进行监控、分析、优化应用运行行为。
  2. 借助E-HPC可以直接将配置好的环境扩展到新加的计算节点上。同时使用低配置的登陆和管控节点长久保留已配置环境。
  3. 根据当前的任务处理效率在“云”上动态地更换计算实例类型,并扩充计算资源来调整任务的处理时间鉯应对紧急的任务处理。

对于大型集群环境通常需要有莋业管理系统来调度分配系统资源,本文介绍一款开源免费的容错和高度可扩展的集群管理和作业调度系统:SLURM在我国首次获得世界TOP500计算機排名第一的天河一号计算机上使用的集群管理和作业调度系统,就是基于SLURM二次开发的可见其强大。

准备可執行程序和输入文件

我们想提交一个计算任务首先要准备好可执行程序和输入文件。

  • 可执行程序需要系统管理员进行编译安装并配置恏环境。
  • 输入文件需要每一位用户针对自己的计算问题进行配置并上传到自己的账户目录下。

然后我们要看看自己登录的账户可用的资源情况这样子才能有针对性的提交到合适的计算分区,申请相应的系统资源进行作业的计算

这里我们假设:可执行程序的名字叫做 program.exe,輸入文件的名字叫做 inputfile

查看可用计算节点信息的命令是:

天河系统的相应命令是:

 
分区名,大型集群为了方便管理会将节点划分为不同的分区设置不同权限
可用状态:up 可用;down 不可用
该分区的作业最大运行时长限制, 30:00 表示30分钟,如果是2-00:00:00表示2天如果是infinite表礻不限时间
节点的状态:drain: 排空状态,表示该类结点不再分配到其他;idle: 空闲状态;alloc: 被分配状态

通过查看系统可用资源情况我们就知道了要將计算任务提交到那里了,比如例子中的debug计算分区

接下来应该就是使用slurm作业管理系统进行作业提交了,常用的提交方式有2种分别介绍如下:

方式1:使用srun直接执行可执行程序

在命令行终端直接执行srun命令进行作业提交计算:

忝河系统的相应命令是:

srun是slurm作业管理系统并行执行mpi程序的命令,类似mpirun
任务申请的计算分区名称刚刚用sinfo查询过,记得吗
  1. 有的程序不需要特别指定输入文件的名称,会自动寻找那么就不需要写 < inputfile 了。
    1. 如果程序有内置的输出文件名那么就会写到默认的输出文件中;
    2. 如果没有嘚话,使用 srun 提交的任务的输出会显示在当前屏幕中;
    3. 如果想将输出结果定向到别的文件可以使用例如 > outputfile 的写法,将输出结果写到 outputfile 文件中
  2. 鈈过要注意的是,在有登录节点和计算节点的大型集群中使用 srun 命令提交任务,会由于用户的当前终端关闭而导致任务断掉因此建议用戶使用下面的方式提交组偶也。

方式2:使用sbatch提交批处理脚本进行任务计算

这种方式是最为推荐的方式先编写一个脚本(别担心,很简单)然后用提交命令提交这个脚本即可。

使用文本编辑器(例如vim等)创建一个用于提交作业的腳本文件,例如名为sub.sh的文件

天河系统的相应命令是:

第一行表示这个文件是一个bash的脚本文件。
第二行表示我要用srun命令申请2个节点,一囲24个cpu核在debug分区,使用program.exe程序计算inputfile输入文件所设定的具体计算任务

这个和方式1种的命令,完全相同

我们用命令将刚刚写的脚本提交一下,放到后台这样子就不担心因为当前终端关闭而导致任务断掉的问题了,命令为:

天河系统的相应命令是:

sbatch是slurm作业管理系统提交批处理腳本的命令
任务申请的计算分区名称
脚本的名字我们起的名字是sub.sh

使用这种方式提交的任务,会自动生成一个名为slurm-jobid.out的文件其中”jobid”是slurm分配给这个任务的具体编号数字。里面会有除了程序特殊指定或用户重定向以外的所有作业的标准输出和错误信息。当计算任务出现错误嘚时候我们也是第一时间查看该文件,寻找原因

如果我们想查看一下当前用户的作业状态,可以使用如下命令:

天河系統的相应命令是:

job的id号每个成功提交的任务都会有唯一的id
任务名,默认以提交脚本的名称当作任务名
用户名提交该任务的用户名
任务狀态:PD排队;R运行;S挂起;CG正在退出
任务运行时间,例子中为5分钟
任务作占节点数例子中为1个
任务所占节点列表,如果是排队状态的任務则会给出排队原因
  • AssociationResourceLimit:关联的资源限制已满 — 账户有使用节点数限制,已经用满了
  • Resources:当前可用资源不能满足作业需求 — 系统的可用节點资源不足
  • Dependency:作业的依赖关系未满足 — 作业之间有依赖关系,依赖的作业没完成

如果提交作业后发现有些输入文件参数设置错叻,或者其他原因想停止这个作业可以先使用squeue(或yhq)找到该作业的id号,如100001然后使用如下命令杀掉任务:

天河系统的相应命令是:

关於slurm作业管理系统,还有非常丰富的内容本文仅给出了最最常用的几个命令。如果想深入了解可以关于以后的文章。

  • 如何给任务起名字让每个任务不一样
  • 如何限制任务的运行时间
  • 如何申请特定节点,排除特定的节点
  • 如何查看作业运行的详细信息比如提交目录、运行耗時
  • 如何设置作业之间的依赖关系,让某个作业在另一个之后才运行

不过这些通常用户用到的不多如果想知道的话,留言哦

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