一条龙！ 有关基于 OpenStack 如何部署HPC

毫无疑问，OpenStack 是一个令人兴奋的项目，也是领先的开源基础设施即服务平台。在过去的几年中，笔者为多个客户和用例构建并部署了数十个 OpenStack 云。而在过去的一年中，笔者一直在研究 OpenStack 上高性能计算（ HPC ）的用例。

本文列出的是一些有关托管高性能和高吞吐量工作负载的注意事项。

首先，让我们从在 OpenStack 上托管 HPC  工作负载时可以使用的三种体系结构开始：

1、在 OpenStack 上虚拟化 HPC （在此架构中，HPC 集群的所有组件都在 OpenStack 中虚拟化）

2、OpenStack 上的裸机 HPC （ HPC 的所有组件都使用 OpenStack Ironic 部署在裸机服务器中）

3、虚拟化的头节点和裸机计算节点（头节点（调度器、主节点和登录节点）在 OpenStack 中虚拟化，计算节点使用OpenStack Ironic  部署在裸机服务器中 ）

现在你已经对可以在 OpenStack 中部署HPC 软件的三种体系结构有了大概了解。

下面将讨论一些托管这类型工作负载的 OpenStack 最佳实践。

网络

对于 OpenStack 的网络方面，有两个推荐的配置选项：

—— provider 网络： OpenStack 管理员创建这些网络并将其直接映射到数据中心（ L2 ）中的现有物理网络。由于直接连接到  L2  交换基础设施， provider  网络不需要使用 OpenStack 控制平面来路由 L3 流量，因为它们应该在 DC 网络拓扑中具有 L3 网关。

—— SRIOV ： 建议基于性能要求的 HPC 工作负载使用 SRIOV / SR-IOV （单根输入/输出虚拟化）。SR-IOV 使 OpenStack 能够通过使用可用的 SRIOV NIC  虚拟功能（  VF  ）将物理 NIC 的功能直接扩展到实例。另外，对 IEEE 802.1br 的支持允许虚拟NIC 与物理交换机集成并由其管理。

需要提到的是，在各个供应商进行的测试中，结果显示 SR-IOV 可以在单个虚拟机/实例的 CPU 开销成本较低的情况下实现接近线速的性能。

实施 SRIOV 时，你需要考虑两个基本限制：无法对使用 VF 设备和绕过 OpenStack 的安全组的实例使用实时迁移。

存储

对于 HPC 体系架构，有两个主要的存储类别需要考虑：

——OpenStack 存储：镜像（ Glance ）、临时存储（ Nova ）和卷（ Cinder ）

——基于 HPC 集群文件的数据存储：由 HPC 集群用于存储数据

基于这两个类别，下面是在设计集群时需要考虑的一些建议：

OpenStack 存储：

—— Glance 和 Nova ：对于 Glance 和 Nova 存储，笔者推荐 Ceph 。Ceph  的重要优势之一（ 除了与 OpenStack 的紧密集成之外 ）是你可以在实例创建时获得镜像拷贝提供的性能优势。临时工作负载的另一个优点（在这种情况下不使用  SRIOV ）是在计算集群成员之间进行实时迁移的能力。

—— Cinder ：对于此 HPC 用例中的 Cinder 后端，我推荐使用 Ceph （与前一点相同的优势）以及支持 Cinder 驱动程序的 NetApp 、EMC VNX 和类似系统的 NFS / iSCSI 后端。

基于 HPC 集群文件的数据存储：

HPC 中常用的并行文件系统（如 Lustre、GPFS、OrangeFS ）应通过专用的 SRIOV / Provider 网络访问。另一个推荐的后端是  Ceph ，也提供直接从SRIOV /Provider 网络访问以获得更好的性能。

重要信息：

一般来说，Ceph 提供了非常灵活的后端。体系架构良好的 Ceph 集群可以在不同配置/体系结构中让多种类型的工作负载受益，例如：

——基于以太网的连接可通过前端的更高吞吐量NIC接口和后端存储流量（ 10/25/40/50/100 Gbps ）提高性能，以及可增加可用带宽量的 LACP 配置。

——存储服务器组件可以是 NVMe、SSD、SAS 和 SATA 的组合。通过量身定制提供所需的 IO 性能。

——该技术的分布式特性提供了一个灵活且有弹性的平台。

接下来要考虑的是在 OpenStack 上自动部署 HPC应用程序。为此，可以使用多种工具：来自编排系统的 Heat、Ansible 或 API 调用。