Configurare la comunicazione delle attività utilizzando una libreria MPI

Questo documento spiega come configurare un job batch con attività a stretto accoppiamento che comunicano tra loro su diverse VM utilizzando una libreria MPI (Message Passing Interface).

Per i job batch, l'accoppiamento descrive le attività di interdipendenza. Questo influenza il modo in cui configuri il numero di attività che possono essere eseguite in parallelo (anziché in sequenza) utilizzando il campo parallelism di un job. Le attività possono essere descritte utilizzando i seguenti tipi di accoppiamento:

Attività a basso accoppiamento:attività che possono essere eseguite in modo indipendente.
Attività a stretto accoppiamento:attività che dipendono l'una dall'altra per essere eseguite.

Se vuoi, puoi creare un job che utilizza una libreria MPI per consentire alle attività ad alto accoppiamento di comunicare tra loro in diverse istanze VM. Un caso d'uso comune di MPI è costituito dai carichi di lavoro HPC (computing ad alte prestazioni) ad alto accoppiamento.

Prima di iniziare

Se non hai mai utilizzato Batch, consulta la Guida introduttiva all'utilizzo di Batch e abilita Batch completando i prerequisiti per progetti e utenti.
Per ottenere le autorizzazioni necessarie per creare un job, chiedi all'amministratore di concederti i seguenti ruoli IAM:
- Editor job batch (roles/batch.jobsEditor) sul progetto
- Utente account di servizio (roles/iam.serviceAccountUser) nell'account di servizio del job, che per impostazione predefinita è l'account di servizio Compute Engine predefinito
Per saperne di più sulla concessione dei ruoli, consulta Gestire l'accesso.

Potresti anche essere in grado di ottenere le autorizzazioni richieste tramite i ruoli personalizzati o altri ruoli predefiniti.
Se specifica la rete per questo job, assicurati che la rete abbia una regola firewall che consenta le connessioni tra le VM del job. Scopri come configurare le regole firewall VPC per i casi d'uso comuni.

Crea ed esegui un job che utilizzi MPI per attività ad alto accoppiamento

Questa sezione fornisce esempi su come creare un job che può utilizzare MPI. In particolare, il job di esempio ha 3 elementi eseguibili:

Il primo eseguibile è uno script che prepara il job per l'MPI disattivando il multithreading simultaneo e installando Intel MPI.
Il secondo elemento eseguibile è una barriera eseguibile vuota (formattata come { "barrier": {} }), che garantisce che tutte le attività terminino la configurazione dell'MPI prima di continuare con gli elementi eseguibili futuri.
Il terzo elemento eseguibile (e tutti quelli eseguibili successivi) è disponibile per il carico di lavoro del job.

Puoi creare un job che utilizza MPI per attività ad alto accoppiamento utilizzando gcloud CLI o l'API Batch.

gcloud

Per creare un job di script che utilizzi MPI per le attività strettamente accoppiate utilizzando l'interfaccia a riga di comando gcloud:

Crea un file di configurazione JSON con i seguenti contenuti:
```
{
    "taskGroups": [
        {
            "taskSpec": {
                "runnables": [
                    {
                        "script": {
                            "text": "google_mpi_tuning --nosmt; google_install_mpi --intel_mpi;"
                        }
                    },
                    { "barrier": {} },
                    {
                        "script": {
                            SCRIPT
                        }
                    }
                ]
            },
            "taskCount": TASK_COUNT,
            "taskCountPerNode": TASK_COUNT_PER_NODE,
            "requireHostsFile": REQUIRE_HOSTS_FILE,
            "permissiveSsh": PERMISSIVE_SSH
        }
    ]
}
```
Sostituisci quanto segue:
- SCRIPT: uno script eseguibile per un carico di lavoro che utilizza MPI.
- TASK_COUNT: il numero di attività per il job. Il valore deve essere un numero intero compreso tra 1 e il limite di attività per gruppo di attività. Per utilizzare le librerie MPI fornite da Batch, questo campo è obbligatorio e deve essere impostato su 2 o su un valore superiore.
- TASK_COUNT_PER_NODE: il numero di attività che un job può eseguire contemporaneamente su un'istanza VM. Per utilizzare le librerie MPI fornite da Batch, questo campo è obbligatorio e deve essere impostato su 1, che equivale all'esecuzione di un'istanza VM per attività.
- REQUIRE_HOSTS_FILE: se impostato su true, il job crea un file che elenca le istanze VM in esecuzione in un gruppo di attività. Il percorso del file è archiviato nella variabile di ambiente BATCH_HOSTS_FILE. Per utilizzare le librerie MPI fornite da Batch, questo campo deve essere impostato su true.
- PERMISSIVE_SSH: se impostato su true, batch configura SSH per consentire la comunicazione senza password tra le istanze VM in esecuzione in un gruppo di attività. Per utilizzare le librerie MPI fornite da Batch, questo campo deve essere impostato su true.
Per creare il job, utilizza il comando gcloud batch jobs submit.
```
gcloud batch jobs submit JOB_NAME \
  --location LOCATION \
  --config JSON_CONFIGURATION_FILE
```
Sostituisci quanto segue:
- JOB_NAME: il nome del job.
- LOCATION: la località del job.
- JSON_CONFIGURATION_FILE: il percorso di un file JSON con i dettagli di configurazione del job.

Facoltativamente, puoi aumentare le prestazioni delle librerie MPI fornite da Batch:

Crea ed esegui un job utilizzando un modello di istanza VM e specifica un modello di istanza VM compatibile con HPC nelle risorse del job.
Specifica Cloud Logging come destinazione per le informazioni di logging del job nelle relative risorse.

Ad esempio, per creare un job di script da un modello di istanza che utilizza MPI e fa sì che 1 attività restituisca il nome host delle 3 attività nel gruppo di attività:

Crea un file JSON nella directory corrente denominata example-job-uses-mpi.json con il seguente contenuto:

{
    "taskGroups": [
        {
            "taskSpec": {
                "runnables": [
                    {
                        "script": {
                            "text": "google_mpi_tuning --nosmt; google_install_mpi --intel_mpi;"
                        }
                    },
                    { "barrier": {} },
                    {
                        "script": {
                            "text":
                                "if [ $BATCH_TASK_INDEX = 0 ]; then
                                mpirun -hostfile $BATCH_HOSTS_FILE -np 3 hostname;
                                fi"
                        }
                    },
                    { "barrier": {} }
                ]
            },
            "taskCount": 3,
            "taskCountPerNode": 1,
            "requireHostsFile": true,
            "permissiveSsh": true
        }
    ],
    "allocationPolicy": {
        "instances": [
            {
                "instanceTemplate": "example-template-job-uses-mpi"
            }
        ]
    },
    "logsPolicy": {
        "destination": "CLOUD_LOGGING"
    }
}

Esegui questo comando:

gcloud batch jobs submit example-template-job-uses-mpi \
  --location us-central1 \
  --config example-job-uses-mpi.json

API

Utilizzando l'API Batch, utilizza il metodo jobs.create e specifica i campi permissiveSsh, requireHostsFile, taskCount e taskCountPerNode.

POST https://batch.googleapis.com/v1/projects/PROJECT_ID/locations/LOCATION/jobs?job_id=JOB_ID

{
    "taskGroups": [
        {
            "taskSpec": {
                "runnables": [
                    {
                        "script": {
                            "text": "google_mpi_tuning --nosmt; google_install_mpi --intel_mpi;"
                        }
                    },
                    { "barrier": {} },
                    {
                        "script": {
                            SCRIPT
                        }
                    }
                ]
            },
            "taskCount": TASK_COUNT,
            "taskCountPerNode": TASK_COUNT_PER_NODE,
            "requireHostsFile": REQUIRE_HOSTS_FILE,
            "permissiveSsh": PERMISSIVE_SSH
        }
    ]
}

Sostituisci quanto segue:

PROJECT_ID: l'ID progetto del progetto.
LOCATION: la località del job.
JOB_NAME: il nome del job.
SCRIPT: lo script eseguibile per un carico di lavoro che utilizza MPI.
TASK_COUNT: il numero di attività per il job. Il valore deve essere un numero intero compreso tra 1 e il limite di attività per gruppo di attività. Per utilizzare le librerie MPI fornite da Batch, questo campo è obbligatorio e deve essere impostato su 2 o su un valore superiore.
TASK_COUNT_PER_NODE: il numero di attività che un job può eseguire contemporaneamente su un'istanza VM. Per utilizzare le librerie MPI fornite da Batch, questo campo è obbligatorio e deve essere impostato su 1, che equivale all'esecuzione di un'istanza VM per attività.
REQUIRE_HOSTS_FILE: se impostato su true, il job crea un file che elenca le istanze VM in esecuzione in un gruppo di attività. Il percorso del file è archiviato nella variabile di ambiente BATCH_HOSTS_FILE. Per utilizzare le librerie MPI fornite da Batch, questo campo deve essere impostato su true.
PERMISSIVE_SSH: se impostato su true, batch configura SSH per consentire la comunicazione senza password tra le istanze VM in esecuzione in un gruppo di attività. Per utilizzare le librerie MPI fornite da Batch, questo campo deve essere impostato su true.

Facoltativamente, puoi aumentare le prestazioni delle librerie MPI fornite da Batch:

Crea ed esegui un job utilizzando un modello di istanza VM e specifica un modello di istanza VM compatibile con HPC nelle risorse del job.
Specifica Cloud Logging come destinazione per le informazioni di logging del job nelle relative risorse.

Ad esempio, per creare un job di script da un modello di istanza che utilizza MPI e rende l'output di un'attività del nome host delle tre attività nel gruppo di attività, utilizza la seguente richiesta:

POST https://batch.googleapis.com/v1/projects/PROJECT_ID/locations/us-central1/jobs?job_id=example-template-job-uses-mpi

{
    "taskGroups": [
        {
            "taskSpec": {
                "runnables": [
                    {
                        "script": {
                            "text": "google_mpi_tuning --nosmt; google_install_mpi --intel_mpi;"
                        }
                    },
                    { "barrier": {} },
                    {
                        "script": {
                            "text":
                                "if [ $BATCH_TASK_INDEX = 0 ]; then
                                mpirun -hostfile $BATCH_HOSTS_FILE -np 3 hostname;
                                fi"
                        }
                    },
                    { "barrier": {} }
                ]
            },
            "taskCount": 3,
            "taskCountPerNode": 1,
            "requireHostsFile": true,
            "permissiveSsh": true
        }
    ],
    "allocationPolicy": {
        "instances": [
            {
                "instanceTemplate": "example-template-job-uses-mpi"
            }
        ]
    },
    "logsPolicy": {
        "destination": "CLOUD_LOGGING"
    }
}

dove PROJECT_ID è l'ID progetto del progetto.

Passaggi successivi

Per un esempio più dettagliato di un job che utilizza MPI per attività strettamente accoppiate, consulta Esecuzione del modello di ricerca e previsione meteo in modalità batch.
Scopri come ridurre la latenza per i job con attività strettamente accoppiate.
In caso di problemi durante la creazione o l'esecuzione di un job, consulta Risoluzione dei problemi.
Visualizzare lavori e attività.
Scopri di più sulle opzioni per la creazione di job.