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성능시험2 - HPL을 통한 객관적 성능

고성능 린팩(HPL) 이란?

  • HPL (High Performance Linpack) 은 전세계 HPC (High Performance Computer) 성능을 측정하기 위해 고안된 Linpack 이다.
  • HPL을 통해 임의 작업을 부여해줌으로써 병렬컴퓨터의 성능을 객관적인 수치로 출력할 수 있다.

HPL 설치방법

  • 선수 프로그램 : gfortran, MPICH2, mpich2-dev, BLAS
  • 이중 MPICH2 와 gfortran 은 라즈베리파이 클러스터링 작업에서 설치완료된 상태 (제작 메뉴얼 참조).

1. MPICH2 파일 복사

앞서 제작한 클러스터 라즈베리파이에 설치된 MPICH2 파일을 손상하지 않기 위해 MPICH2 파일을 다른 디렉토리로 복사한다.

  • 라즈베리파이의 /usr/local/ 에 새로운 디렉토리를 만든다.
    • $ mkdir mpich2
  • /home/pi/mpich2/mpich-3.1/ 의 모든파일을 위 디렉토리 /usr/local/mpich2/ 로 복사해온다. /home/pi/mpich2/mpich-3.1 에서 다음 명령어를 실행한다.
    • $ sudo cp -rf * /usr/local/mpich2

2. 나머지 선수 프로그램 설치

$ sudo apt-get install libatlas-base-dev libmpich2-dev gfortran

3. HPL 프로그램 다운로드

  • 다운로드할 위치는 /home/pi/ 디렉토리로 한다.
    • $ sudo wget http://www.netlib.org/benchmark/hpl/hpl-2.1.tar.gz
  • hpl 프로그램을 압축해제한다.
    • $ tar xf hpl-2.1.tar.gz
  • hpl-2.1/setup/ 디렉토리의 make_generic 쉘을 불러낸다.
    • $ cd hpl-2.1/setup
    • $ sh make_generic
  • hpl-2.1/ 디렉토리에 Make.UNKOWN 파일을 Make.rpi 파일로 복사한다.
    • $ cd ..
    • $cp setup/Make.UNKNOWN Make.rpi

4. Make 파일내용 수정하기

  • Make.rpi 파일을 수행하기에 앞서, 해당 파일을 개인의 라즈베리파이 설정에 맞게 수정한다.
ARCH = rpi 
TOPdir = /home/pi/hpl-2.1 
MPdic = /usr/local/mpich2
MPinc = -I $(MPdir)/include
MPlib = /home/pi/mpi-build/lib/.lib/libmpich.a
LAdir = /usr/lib/atlas-base/
LAlib = $(LAdir)/libf77blas.a $(LAdir)/libatlas.a
  • TOPdir 은 hpl-2.1 디렉토리가 있는 경로로 설정한다.
  • MPdir 은 mpich2 가 있는 디렉토리 경로로 설정한다.
  • MPlib 은 libmpich.a 파일이 있는 경로로 한다.
  • 만약 libmpich.a 파일의 경로를 모를 경우 :
    • $ sudo find / -name "libmpich.a" 로 찾는다.
  • LAdir 은 atlas-base 디렉토리가 있는 경로로 설정한다.

5. Make 파일을 실행한다.

  • $ make arch=rpi
  • 여기까지 정상적으로 진행되면, /home/pi/hpl-2.1/bin/rpi/ 디렉토리에 HPL.dat 파일과 xhpl 파일이 생긴다. $cd bin/rpi : 해당 디렉토리로 이동한다.

HPL 실행하기 (단일 노드)

  • HPL.dat 파일을 아래와 같이 수정하고 저장하고 빠져나온다.
$ sudo nano HPL.dat

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

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)
5040 Ns
1 # of NBs
128 NBs
0 PMAP process mapping (0=Row-,1=Column-major)
1 # of process grids (P x Q)
1 Ps
1 Qs
16.0 threshold
1 # of panel fact
2 PFACTs (0=left, 1=Crout, 2=Right)
1 # of recursive stopping criterium
4 NBMINs (>= 1)
1 # of panels in recursion
2 NDIVs
1 # of recursive panel fact.
1 RFACTs (0=left, 1=Crout, 2=Right)
1 # of broadcast
1 BCASTs (0=1rg,1=1rM,2=2rg,3=2rM,4=Lng,5=LnM)
1 # of lookahead depth
1 DEPTHs (>=0)
2 SWAP (0=bin-exch,1=long,2=mix)
64 swapping threshold
0 L1 in (0=transposed,1=no-transposed) form
0 U in (0=transposed,1=no-transposed) form
1 Equilibration (0=no,1=yes)
8 memory alignment in double (> 0)
  • xhpl 파일을 실행한다.
$./xhpl
  • 결과를 기다린다. 성공적으로 진행되면 아래와 같은 과정을 출력한다.

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

  • 기다리면 아래와 같은 결과를 출력한다. (컴퓨터 환경에 따라 소요시간이 다를 수 있다.) 여기서 Time은 작업을 수행하는데 걸린시간(sec)이고, Gflops는 작업수행 속도이다. (위 사진은 대략 540.68초의 시간이 소요되었고, 1.579e-01 의 속도를 보였다.)

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

HPL 실행하기 (노드 다수)

  • 먼저 수행할 모든 라즈베리파이에 위의 과정에 따라 HPL 프로그램을 설치한다.

  • HPL.dat 파일의 ‘Ps * Qs’ 값 수정
    • 작업에 사용할 node의 갯수를 정하기 위해 Ps * Qs값만 수정하면 된다.
    • 허브서버로 동작할 라즈베리파이(pi01)의 /home/pi/hpl-2.1/bin/rpi 에서 nano 편집기로 Ps, Qs 값을 편집한다.
    • 예를 들어 4개의 라즈베리파이를 이용한 HPL 작업을 수행하려면 위와 같이 Ps * Qs 의 값이 4가 되게 지정해 주면 된다.
    • 저장하고 빠져나온다.
$sudo nano HPL.dat
1 # of process grids (P x Q)
1 Ps
4 Qs
  • xhpl 파일을 실행한다.
    • /home/pi/hpl-2.1/bin/rpi 에서 machinefile 파일을 MPI로 동작시키기
    • machinefile 은 라즈베리파이 클러스터의 MPI 테스트를 위해 만들어두었던 연결된 모든 라즈베리파이의 ip가 기록된 파일이다.
$ mpiexec -f ~/machinefile -n 4 ./xhpl

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

  • 결과를 기다린다. 성공적으로 진행되면 아래와 같은 과정을 출력한다. 기다리면 아래와 같은 결과를 출력한다. (컴퓨터 환경에 따라 소요시간이 다를 수 있다.) 여기서 Time 은 작업을 수행하는데 걸린시간(sec)이고, Gflops는 작업수행 속도이다. (위 사진은 대략 157.77초의 시간이 소요되었고, 5.412e-01 의 속도를 보였다.)

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

HPL.dat 파일 코드 분석

기본 정보 설정

  • HPLinpack benchmark input file
    • //input 파일의 제목에 해당한다.
  • Innovative Computing Laboratory, University of Tennessee
    • //해당 input 파일의 출처를 밝힌다.
  • HPL.out output file name (if any)
    • //해당 output 파일의 제목을 지정해준다.
  • 6 device out (6=stdout,7=stderr,file)
    • //해당 output 파일이 놓일 위치를 지칭한다.
    • //3가지 경우가 존재하며, 6:standard output, 7:standard error, 다른 양의 정수: redirect to a file 을 지칭한다.

HPL 테스트 결과

결과의 정확한 비교를 위해 ‘Ps * Qs’ 값을 제외한 모든 내용은 변화시키지 않는다.

HPL 동작에 한 개의 라즈베리파이만 사용.

HPL.dat 파일의 Ps * Qs 를 1로 설정한다.

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

여기서 Time 은 작업을 수행하는데 걸린시간(sec)이고, Gflops는 작업수행 속도이다. (위 사진은 대략 540.68초의 시간이 소요되었고, 1.579e-01 의 속도를 보였다.)

HPL 동작에 두 개의 라즈베리파이를 사용.

HPL.dat 파일의 Ps * Qs 를 2로 설정한다.

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

여기서 Time 은 작업을 수행하는데 걸린시간(sec)이고, Gflops는 작업수행 속도이다. (위 사진은 대략 287.55초의 시간이 소요되었고, 2.970e-01 의 속도를 보였다.)

HPL 동작에 세 개의 라즈베리파이를 사용.

HPL.dat 파일의 Ps * Qs 를 3으로 설정한다.

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

여기서 Time 은 작업을 수행하는데 걸린시간(sec)이고, Gflops는 작업수행 속도이다. (위 사진은 대략 200.87초의 시간이 소요되었고, 4.251e-01 의 속도를 보였다.)

HPL 동작에 네 개의 라즈베리파이를 사용.

HPL.dat 파일의 Ps * Qs 를 4로 설정한다.

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

여기서 Time 은 작업을 수행하는데 걸린시간(sec)이고, Gflops는 작업수행 속도이다. (위 사진은 대략 157.77초의 시간이 소요되었고, 5.412e-01 의 속도를 보였다.)

HPL 테스트 결과 분석

단일노드에서 HPL 작업 비교

  • 각각의 라즈베리파이 HPL 작업 시간(sec)

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

  • 각각의 라즈베리파이 HPL 작업 속도(Gflops)

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

멀티노드에서 HPL 작업 비교

  • 라즈베리파이 갯수에 따른 HPL 작업 시간(sec)

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

  • 라즈베리파이 갯수에 따른 HPL 작업 속도(Gflops)

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

  • 라즈베리파이 갯수에 따른 HPL 작업 속도(배)

HPL 단일노드 HPL.dat 설정

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