[論文レビュー] Web-based Interface in Public Cluster

Zaenal Akbar, L. T. Handoko|ArXiv.org|Nov 4, 2007

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 6被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、教育的利用を目的とした、公開アクセス可能なクラスタコンピュータ（LIPI Public Cluster）の安全でウェブベースのインターフェースを提示する。このシステムにより、匿名かつ無料で並列プログラミング教育に利用可能となる。システムは、リソース割り当て機能を統合したカスタムウェブインターフェース、SSHベースのノード制御、C3およびGangliaツールを用いたリアルタイム監視を備え、最小限の管理負荷で安全で複数ユーザーが同時に実行可能な環境を実現している。これは、発展途上国における初心者や小規模研究グループにとって効果的であることが実証された。

ABSTRACT

A web-based interface dedicated for cluster computer which is publicly accessible for free is introduced. The interface plays an important role to enable secure public access, while providing user-friendly computational environment for end-users and easy maintainance for administrators as well. The whole architecture which integrates both aspects of hardware and software is briefly explained. It is argued that the public cluster is globally a unique approach, and could be a new kind of e-learning system especially for parallel programming communities.

研究の動機と目的

• 並列プログラミング教育を目的とした、安全で公開アクセス可能なクラスタ環境の開発、特に発展途上国における初心者や小規模研究グループを対象とする。
• 制限されたリソースと多様なハードウェアを備えた共有クラスタ上で、複数の匿名ユーザーが同時にジョブを実行する課題を解決すること。
• システムのセキュリティを確保するとともに、ユーザーおよび管理者の両方が使いやすく、リアルタイム監視が可能なウェブインターフェースを設計すること。
• システムの安定性やパフォーマンスを損なわずに、変動するユーザー要件に柔軟かつ動的にリソースを割り当てられることを実現すること。
• オープンソースツールを活用し、最小限の管理負荷で実現可能なスケーラブルで低コストなeラーニングプラットフォームを構築すること。

提案手法

• すべてのユーザーの中央アクセスポイントとしてウェブベースのインターフェースを構築し、従来のSSHアクセスに代わってセキュリティと使いやすさを向上させた。
• ゲートウェイとクラスタノード間の安全で自動化された通信を実現するため、パスワードレスSSHとRSA/DSA鍵を採用した。
• リソース割り当ては、拡張された遺伝的アルゴリズムに基づく独自のアルゴリズムにより、承認後、固定ブロックのノードをユーザーに割り当てる。
• クラスタコマンドアンドコントロール（C3）ツールセットにより、複数ノードにわたるコマンド実行を自動化し、システム管理の効率を向上させた。
• Gangliaをウェブインターフェースに統合し、クラスタの状態とパフォーマンスメトリクスのリアルタイム監視を可能にした。
• 異種ノード（Intel 486からAthlonまで）をサポートするアーキテクチャを採用し、個々のノードの動的オン/オフ制御により、エネルギーとリソースの最適化を実現した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多様な専門知識を持つユーザーが匿名かつ制限なしにアクセスする場合、公開クラスタを安全かつ信頼性高く運用するにはどうすればよいか？
• RQ2 制限されたリソースを共有するクラスタ上で、複数の独立した並列プログラムを安全に同時に実行できるシステムアーキテクチャとは何か？
• RQ3 ユーザー固有の認証や事前の合意が不要な状態で、ウェブインターフェースがリソース割り当て、監視、セキュリティを効果的に管理できるか？
• RQ4 自動化されたリアルタイム監視が、公開教育用コンピューティング環境におけるシステム安定性と使いやすさをどのように維持するか？
• RQ5 ウェブインターフェースを備えた低コストでオープンソースのクラスタは、発展途上国における並列プログラミングのeラーニングプラットフォームとして効果的か？

主な発見

• ウェブベースのインターフェースにより、LIPI Public Clusterへの匿名的で安全かつ使いやすいアクセスが実現され、ユーザー登録や認証は一切不要であった。
• 固定ブロックのノード割り当てにより、複数のユーザージョブの同時実行が可能となり、干渉を防ぎ、システムの安定性が確保された。
• C3およびGangliaツールのウェブインターフェースへの統合により、リアルタイム監視と制御が可能となり、システムの管理性と透明性が著しく向上した。
• 拡張された遺伝的アプローチに基づく独自のリソース割り当てアルゴリズムにより、実行中の動的再構成を伴わず、効率的かつ安定したリソース割り当てが実現された。
• 本システムは、高校生から大学院生までのユーザーにより活用されており、並列プログラミング教育ツールとしての有効性が確認された。
• アーキテクチャは移植可能で、他の既存クラスタ、特に古くさいまたは未利用のシステムに対しても応用可能であり、HPC分野における公共のeラーニングの低コストソリューションを提供する。