使用HPL测试集群浮点性能

本文介绍如何使用HPL测试E-HPC集群的浮点性能。

背景信息

HPL(The High-Performance Linpack Benchmark)是测试高性能计算集群系统浮点性能的基准。HPL通过对高性能计算集群采用高斯消元法求解一元N次稠密线性代数方程组的测试,评价高性能计算集群的浮点计算能力。

浮点计算峰值是指计算机每秒可以完成的浮点计算次数,包括理论浮点峰值和实测浮点峰值。理论浮点峰值是该计算机理论上每秒可以完成的浮点计算次数,主要由CPU的主频决定。理论浮点峰值=CPU主频×CPU核数×CPU每周期执行浮点运算的次数。本文将为您介绍如何利用HPL测试实测浮点峰值。

准备工作

  1. 创建一个E-HPC集群。具体操作,请参见使用向导创建集群

    配置集群时,软硬件参数配置如下:

    参数

    说明

    硬件参数

    部署方式为精简,包含1个管控节点和1个计算节点,规格如下:

    • 管控节点:采用ecs.c6.large实例规格,该规格配置为2 vCPU,4 GiB内存。

    • 计算节点:采用ecs.scch5.16xlarge实例规格,该规格配置为64 vCPU,32个物理内核,192 GiB内存。

    软件参数

    镜像选择CentOS 7.6公共镜像,调度器选择pbs。

  2. 创建一个集群用户。具体操作,请参见创建用户

    集群用户用于登录集群,进行编译软件、提交作业等操作,配置用户权限时,权限组请选择sudo权限组

  3. 安装软件。具体操作,请参见安装软件

    需安装的软件如下:

    • linpack,版本为2018。

    • intel-mpi,版本为2018。

步骤一:准备算例文件

测试前您需要在本地准备好算例文件HPL.dat,文件包含了HPL运行的参数。如下示例是在单台scch5实例上运行HPL的推荐配置。

HPLinpack benchmark input file
Innovative Computing Laboratory, University of Tennessee
HPL.out      output file name (if any)
6            device out (6=stdout,7=stderr,file)
1            # of problems sizes (N)
143360 256000 1000         Ns  
1            # of NBs
384 192 256      NBs 
1            PMAP process mapping (0=Row-,1=Column-major)
1            # of process grids (P x Q)
1 2          Ps  
1 2          Qs  
16.0         threshold
1            # of panel fact
2 1 0        PFACTs (0=left, 1=Crout, 2=Right)
1            # of recursive stopping criterium
2            NBMINs (>= 1)
1            # of panels in recursion
2            NDIVs
1            # of recursive panel fact.
1 0 2        RFACTs (0=left, 1=Crout, 2=Right)
1            # of broadcast
0            BCASTs (0=1rg,1=1rM,2=2rg,3=2rM,4=Lng,5=LnM)
1            # of lookahead depth
0            DEPTHs (>=0)
0            SWAP (0=bin-exch,1=long,2=mix)
1            swapping threshold
1            L1 in (0=transposed,1=no-transposed) form
1            U  in (0=transposed,1=no-transposed) form
0            Equilibration (0=no,1=yes)
8            memory alignment in double (> 0)

测试过程中您可以根据节点的硬件配置,调整HPL.dat文件中相关参数,参数的说明如下所示。

  • 第5~6行内容。

    1            # of problems sizes (N),N表示求解的矩阵数量与规模
    143360 256000 1000         Ns  

    N表示求解的矩阵数量与规模。矩阵规模N越大,有效计算所占的比例也越大,系统浮点处理性能也就越高。但矩阵规模越大会导致内存消耗量越多,如果系统实际内存空间不足,使用缓存、性能会大幅度降低。矩阵占用系统总内存的80%左右为最佳,即N×N×8=系统总内存×80%(其中总内存的单位为字节)。

  • 第7~8行内容。

    1            # of NBs,NB表示求解矩阵过程中矩阵分块的大小
    384 192 256      NBs 

    求解矩阵过程中矩阵分块的大小。分块大小对性能有很大的影响,NB的选择和软硬件许多因素密切相关。NB值的选择主要是通过实际测试得出最优值,一般遵循以下规律:

    • NB不能太大或太小,一般小于384。

    • NB×8一定是缓存行的倍数。

    • NB的大小和通信方式、矩阵规模、网络、处理器速度等有关系。

    一般通过单节点或单CPU测试可以得到几个较好的NB值,但当系统规模增加、问题规模变大,有些NB取值所得性能会下降。因此建议在小规模测试时选择3个性能不错的NB值,再通过大规模测试检验这些选择。

  • 第10~12行内容。

    1            # of process grids (P x Q),P表示水平方向处理器个数,Q表示垂直方向处理器个数
    1 2          Ps  
    1 2          Qs  

    P表示水平方向处理器个数,Q表示垂直方向处理器个数。P×Q表示二维处理器网格。P×Q=系统CPU数=进程数。一般情况下一个进程对应一个CPU,可以得到最佳性能。对于Intel ® Xeon ®,关闭超线程可以提高HPL性能。P和Q的取值一般遵循以下规律:

    • P≤Q,一般情况下P的取值小于Q,因为列向通信量(通信次数和通信数据量)要远大于横向通信。

    • P建议选择2的幂。HPL中水平方向通信采用二元交换法(Binary Exchange),当水平方向处理器个数P为2的幂时性能最优。

步骤二:提交作业

  1. 登录弹性高性能计算控制台

  2. 在左侧导航栏,单击作业

  3. 在集群列表中选择目标集群。

  4. 上传算例文件。

    1. 作业页面,单击作业文件编辑,然后单击浏览集群文件

    2. 在弹出的对话框中输入集群用户名和密码,单击确定

    3. 打开要上传算例文件的路径,右键文件夹,选择上传文件

      建议上传到集群用户的共享home目录下,例如集群用户名为hpltest,则上传到/home/hpltest目录下。

    4. 选择步骤一准备好的算例文件HPL.dat,单击打开

  5. 创建作业脚本文件。

    1. 在算例文件所在路径,右键文件夹,单击新建文件,然后输入文件名(例如hpl.pbs),单击确定

    2. 打开新建的hpl.pbs脚本文件,拷贝以下脚本内容后保存。

      脚本内容示例如下:

      说明

      本示例测试单节点的实测浮点峰值。如果您想测试多个节点的实测浮点峰值,可以修改如下配置文件。

      #!/bin/sh
      #PBS -j oe
      export MODULEPATH=/opt/ehpcmodulefiles/
      module load linpack/2018
      module load intel-mpi/2018
      echo "run at the beginning"
      mpirun -n 1 -host <node0> /opt/linpack/2018/xhpl_intel64_static > hpl-ouput   #测试单节点的浮点性能,<node0>为运行作业的节点名称
      #mpirun -n <N> -ppn 1 -host <node0>,...,<nodeN> /opt/linpack/2018/xhpl_intel64_static > hpl-ouput   #测试多节点的浮点性能
  6. 提交作业。

    1. 作业页面,单击提交作业

    2. 配置作业相关参数。

      作业执行命令请填写作业脚本文件所在路径,例如/home/hpltest/hpl.pbs。其他参数保持默认即可。

    3. 单击右上角的提交作业

    4. 在弹出的对话框中输入集群用户名和密码,单击确定

查看结果

作业运行完成后,您可以查看作业结果。

  1. 集群页面,找到目标集群,单击远程连接

  2. 远程连接页面,输入集群用户名和密码,单击ssh连接

  3. 执行以下命令,查看作业结果。

    cat  /home/hpltest/hpl-ouput

    本次测试结果如下图所示。

    结果

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