Contribution à la mise en service d'une ferme de serveurs connectée à une grille de calcul pour la physique des hautes énergies

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1 Contribution à la mise en service d'une ferme de serveurs connectée à une grille de calcul pour la physique des hautes énergies Charlier Fabrice 2è licence en informatique Année Académique

2 Plan Introduction Clustering, Grid Computing et leurs applications Architecture du cluster PPE Installation automatisée Sécurisation du cluster PPE Conclusion

3 Introduction Sujet du Mémoire Mémoire réalisé au sein du service de Physique Générale et de Physique des Particules Elémentaires (PPE) Objectif: développer une architecture matérielle et logicielle pour la ferme de calcul PPE Ces architectures devront tenir compte des spécificités suivantes : Respect des standards informatiques émis par les collaborateurs des expériences La ferme est connectée à une grille de calcul Machines dédiées à chaque expérience Matériel non uniformisé

4 Introduction Les expériences Le service PPE effectue de la recherche en Physique des Hautes Energies Participation aux expériences: Large Hadron Collider (CERN-Genève) et plus précisement au détecteur Compact Muon Solenoid IceCube (Pôle Sud) Ces deux expériences sont des capteurs électroniques mesurant des grandeurs physiques Ces données sont ensuite converties dans un format informatique

5 Introduction Lien avec l'informatique Les données collectées doivent être archivées et stockées pour être ensuite analysées dans le cadre de la recherche Ces données sont nombreuses et complexes => utilisation de l'informatique Même avec la technologie actuelle, une machine unique n'est pas assez puissante pour analyser et stocker toutes les données => consolidation des ressources Deux techniques: Clustering et Grid Computing

6 Plan Introduction Clustering, Grid Computing et leurs applications Architecture du cluster PPE Installation automatisée Sécurisation du cluster PPE Conclusion

7 Fermes de calcul ou Clustering Grappe de machines interconnectées et vues comme un même ensemble de traitement, apportant des fonctions de disponibilité, de répartition de charge et de partage des données Dans le cadre de la physique des Hautes Energies, on utilise principalement des fermes de calcul par ordonnancement: la tâche de calcul est soumise à la ferme qui va décider quelle est la machine la plus appropriée pour traiter cette tâche Matériel: ordinateur possédant une architecture X86 (PC standard) et réseau rapide (>=100Mb/s) Système d'exploitation: GNU/Linux

8 LHC et les limites du clustering Plusieurs milliers de scientifiques répartis à travers le monde qui doivent accéder aux données produites par l'accélérateur et disposer des ressources de calcul pour les analyser Données produites annuelles = 15 TB!!! La solution classique est d'installer une grande ferme de calcul réservée à l'expérience Les solutions techniques actuelles ne permettent pas de satisfaire les exigences Solution: le Grid Computing

9 Le Grid Computing Partage coordonné de ressources dans un environnement flexible et sécurisé par une collection dynamique d individus et d institutions Le grid LHC est un réseau virtuel sécurisé prenant place au-dessus du réseau physique constituant Internet Ce réseau interconnecte plusieurs clusters de tailles différentes, ce qui permet de partager des ressources telles que : du temps processeur pour l analyse des données de l espace de stockage pour entreposer les données l accès à des données stockées et archivées

10 LHC Computing Grid - Architecture

11 LHC Computing Grid - Logiciels Middleware Grid développé par les équipes informatiques du Cern en collaboration avec l'industrie (IBM, SUN,... ) Développer à partir des projets existants tels que le Globus ToolKit, Condor(-G),... et adapté aux spécificités de l'expérience Le middleware permet de déployer n'importe quel type de Tier => Le middleware est découpé en modules afin que chaque utilisateur ne doive installer que ce dont il a besoin Développé pour fonctionner sous Scientific Linux Cern

12 Plan Introduction Clustering, Grid Computing et leurs applications Architecture du cluster PPE Installation automatisée Sécurisation du cluster PPE Conclusion

13 Cahier des charges pour le cluster PPE La ferme de calcul PPE devra être en mesure de: Traiter les tâches de calcul soumises par les scientifiques du service PPE Pouvoir interagir avec la grille de calcul LCG en tant que centre de type Tier-3 (soumission de jobs, récupération de données,...) La ferme de calcul devra être conçue de manière: Performante afin de tirer parti au mieux des ressources disponibles Sécurisée afin d'afficher un taux de disponibilité élevé Flexible afin de pouvoir suivre l'évolution

14 Constituant du cluster PPE 18 noeuds de calcul bi-processeurs destinés à l'analyse des données: 6 réservées à l'expérience CMS 12 réservées à l'expérience IceCube 1 serveur de fichiers (données des utilisateurs et scientifiques) et annuaire des utilisateurs (PpeCore) 1 machine faisant office de passerelle entre le monde extérieur et le cluster (PpeGrid) 1 machine permettant d'effectuer des sauvegardes de données (PpeBackup)

15 Architecture générale

16 Architecture Matérielle: Réseau

17 Architecture Logicielle Systèmes d'exploitation: Machines CMS: Scientific Linux Cern 3 (SLC) Machine IceCube: RedHat Enterprise 3 (RHEL) Machine PpeCore (RHEL): Serveur de fichiers : Network File System (NFS) Partage des répertoires /home, des données scientifiques et des logiciels exécutés par les noeuds de la ferme Annuaire des utilisateurs: Network Information Service (NIS) Distribution des adresses IP des noeuds de la ferme via le protocole DHCP

18 Architecture Logicielle (suite) La machine PpeGrid (SLC): Ordonnancement des tâches au sein de la ferme via le logiciel Condor Routeur entre la ferme de calcul et les réseaux extérieurs Connexion au Grid LCG via les modules adéquats du middleware LCG Noeud de calcul CMS et IceCube (SLC et RHEL) Installation minimale du système d'exploitation et configuration de celui-ci pour accéder aux ressources de la ferme (PpeGrid/PpeCore)

19 Plan Introduction Clustering, Grid Computing et leurs applications Architecture du cluster PPE Installation automatisée Sécurisation du cluster PPE Conclusion

20 Installation automatisée L'installation de la ferme est une tâche fastidieuse et délicate => automatisation Au départ, uniquement pour les noeuds de calcul CMS et PpeGrid. Etendu ensuite aux machines IceCube Solution: Installation du système d'exploitation via l'outil KickStart Développement de scripts de «post-installation» permettant d'installer et de configurer les applications spécifiques à l'architecture de la ferme de calcul

21 Installation automatisée KickStart est un outil permettant d'effectuer une installation par défaut sans intervention humaine Les éléments constituant le système d'exploitation sont stockés sur une machine tierce (PpeCore) et récupérés via le résau Les paramètres de la configuration sont définis dans un fichier texte récupéré au début du processus KickStart offre la possibilité de démarrer l'exécution de scripts après que l'installation ait été effectuée

22 Scripts de Post-Installation Développement de scripts exécutés par KickStart en fonction du type de machine à installer Caractéristiques: Développé en Perl Utilise une bibliothèque d'administration système Utilisation de fichiers de configuration La bibliothèque contient des fonctions permettant d'automatiser les tâches d'un administrateur système Unix: écriture/suppression/modification de fichiers, exécution de commandes, génération d'adresses IP, etc...

23 Scripts de Post-Installation Les fichiers de configuration contiennent la configuration La syntaxe des fichiers est celle du langage Perl Ceux-ci sont organisés de manière hiérarchique Exemple de script: <inclusion de la biblio d'administration système> <inclusion du fichier de configuration général> <inclusion du fichier de configuration spécifique au type de noeud> <appel à plusieurs fonctions de la biblio dont les paramètres sont les variables des fichiers de configuration>

24 Mise à jour des applications Après l'installation, il est nécessaire de maintenir à jour les logiciels installés sur les machines Les mises à jour sont effectuées périodiquement via un script faisant appel aux commandes du gestionnaire d'applications Les mises à jour sont téléchargées à partir des serveurs HTTP du CERN Utilisation d'un cache HTTP (Squid) sur PpeGrid afin de ne télécharger qu'une seule fois les mises à jour

25 Plan Introduction Clustering, Grid Computing et leurs applications Architecture du cluster PPE Installation automatisée Sécurisation du cluster PPE Conclusion

26 Sécurisation du cluster PPE La ferme de calcul est l'outil principal du service => une disponibilité maximale est nécessaire La politique de sécurité développée repose sur plusieurs outils. Son déploiement est pris en charge par les scripts de post-installation La politique repose sur Nombre de services en fonctionnement minimum Connexion à distance sur les machines uniquement via SSH Installation et configuration d'outils Open-Source sur PpeGrid. En effet, PpeGrid verra transiter l'ensemble du trafic réseau potentiellement dangereux

27 Sécurisation du cluster PPE (suite) Outils actifs : Pare-feu installé et configuré (IpTables) Surveillance des températures des composants critiques sur l'ensemble des noeuds de calcul CMS et PpeGrid Outils passifs installés : Système de détection d'intrusions (Snort) et publication des résultats via une page Web (SnortALog) Surveillance des informations enregistrées dans les journaux d'exécution ( ) Recherche de virus et de programmes indésirables (ClamAV, ChkRootKit)

28 Surveillance des températures La surveillance de température se réalise via un script implémenté en Perl. Ce script utilise le protocole IPMI pour interroger les machines à distance En cas de température dangereuse, les administrateurs sont prévenus par . Si la température atteint le seuil critique, la machine est éteinte.

29 Plan Introduction Clustering, Grid Computing et leurs applications Architecture du cluster PPE Installation automatisée Sécurisation du cluster PPE Conclusion

30 Perspectives et Conclusions Dès que les logiciels relatifs à l'analyse des données seront opérationnels, une migration vers un système totalement en 64 bits sera envisageable pour les machines le supportant La ferme PPE est maintenant dotée d'une architecture performante, sécurisée et documentée La ferme PPE est prête à rejoindre la grille LCG dès que celle-ci sera mise en production

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