基于開源軟件zabbix實(shí)現(xiàn)對處理解釋高性能集群整體CPU利用率的監(jiān)控

陳濤 梁妍 曹士炳 張衛(wèi)華

摘要：隨著石油勘探地震資料處理、地質(zhì)綜合解釋新技術(shù)的發(fā)展，帶來了更大的數(shù)據(jù)量、更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算等問題，必須借助高性能計(jì)算機(jī)集群方可解決，而集群的利用率及耗電等使用成本對項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性具有重大影響。通過探索，實(shí)現(xiàn)了基于開源軟件zabbix對集群CPU利用率的有效監(jiān)控，可充分利用集群資源，使高性能計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，提高了作業(yè)運(yùn)算效率并節(jié)約成本。

關(guān)鍵詞：集群監(jiān)控;高性能計(jì)算集群;CPU利用率;Zabbix

1、引言

在石油地震勘探和開發(fā)的過程中，面對勘探目標(biāo)向復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，東方物探創(chuàng)新采用了“寬方位、寬頻帶、高密度”即“兩寬一高”三維勘探技術(shù)，地震數(shù)據(jù)的采集量變得越來越大。在與某國家合作的勘探項(xiàng)目中，每天數(shù)據(jù)量達(dá)到2T左右，項(xiàng)目整體數(shù)據(jù)量達(dá)到PB級別，這就需要大規(guī)模的高性能計(jì)算機(jī)（HPC）集群對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理[1]。

HPC集群，是由高性能計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)與存儲通過高性能交換機(jī)連接，具有較強(qiáng)的運(yùn)算速度和信息處理能力。通過并行算法和開發(fā)相關(guān)軟件，解決大規(guī)模科學(xué)問題的計(jì)算和海量數(shù)據(jù)的處理。在石油勘探領(lǐng)域，用于地震勘探資料處理解釋的高性能計(jì)算集群稱之為處理解釋集群。

大數(shù)據(jù)量的作業(yè)要求充分利用高性能計(jì)算資源，使處理解釋集群運(yùn)行在最佳狀態(tài)。CPU利用率，正是衡量高性能計(jì)算集群運(yùn)行效率的重要指標(biāo)。它指的是HPC節(jié)點(diǎn)在某一時間點(diǎn)CPU繁忙程度，對于處理解釋集群來說，CPU的利用率即是處理解釋作業(yè)效率的表現(xiàn)，并且在機(jī)房中的處理解釋集群，其耗電量是成本的很大一部分。因此，有效監(jiān)控CPU的利用率，在集群中對資源狀態(tài)的提前預(yù)測，對于提高作業(yè)運(yùn)算效率與節(jié)約成本是很重要的手段，能夠給運(yùn)維人員提供重要輔助作用[2]。

2、現(xiàn)有集群監(jiān)控方法

在linux系統(tǒng)上，可以使用TOP命令，查看CPU的利用率，或者使用uptime命令，查看系統(tǒng)負(fù)載情況。在現(xiàn)在的處理解釋集群中，對集群整體的監(jiān)控，是通過某處理軟件中的監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)的，如下圖：

如圖所示，在該監(jiān)控界面，可以顯示出CPU利用率、內(nèi)存使用率、swap空間使用率、磁盤讀寫速度、網(wǎng)絡(luò)使用情況等。

但是該監(jiān)控有一定的局限性。首先，該監(jiān)控僅能顯示每一個計(jì)算節(jié)點(diǎn)的CPU利用率，不能監(jiān)控統(tǒng)計(jì)集群整體的CPU使用狀況。更重要的是，其不能記錄歷史信息，例如一周內(nèi)、一個月內(nèi)的集群整體CPU使用狀況。若能夠得到CPU整體利用率的歷史記錄，則集群管理人員可以根據(jù)當(dāng)時的存儲使用情況、網(wǎng)絡(luò)流量狀態(tài)與CPU利用率對當(dāng)時的處理解釋作業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過多方面的數(shù)據(jù)對比，改變作業(yè)類型參數(shù)等，提高作業(yè)運(yùn)行速度，改善作業(yè)成果質(zhì)量。

3、使用第三方軟件對集群進(jìn)行監(jiān)控

為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控集群整體CPU利用率，我們進(jìn)行了前期調(diào)研工作，有三種方式可以達(dá)到目的：

1）從頭進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)

2）在現(xiàn)有處理軟件監(jiān)控界面的基礎(chǔ)上，提取接口并二次開發(fā)該監(jiān)控

3）使用第三方開源軟件

第一種方法需要研究經(jīng)費(fèi)與時間，監(jiān)控任務(wù)迫在眉睫，不予考慮。第二種方法需要聯(lián)系相關(guān)處理軟件公司對其監(jiān)控模塊進(jìn)行二次開發(fā)，成本太高。經(jīng)過調(diào)研后，決定使用第三方開源軟件（zabbix）進(jìn)行集群部署并根據(jù)處理解釋集群進(jìn)行自定義配置、優(yōu)化。

4、開源軟件在處理解釋集群的部署及優(yōu)化

4.1 監(jiān)控服務(wù)器的部署

為了部署監(jiān)控服務(wù)器，我們把機(jī)房的一臺設(shè)備安裝RHEL6.10操作系統(tǒng)并使用yum安裝zabbix服務(wù)器端。

在進(jìn)行初步的安裝配置之后，需要對計(jì)算集群進(jìn)行客戶端的安裝。當(dāng)前數(shù)據(jù)中心一個集群計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)在128-256個，總共有20-30個集群，約有5000個計(jì)算節(jié)點(diǎn)。在安裝的過程中，發(fā)現(xiàn)隨著監(jiān)控的計(jì)算節(jié)點(diǎn)越多，服務(wù)器端越慢，經(jīng)過調(diào)查分析，這與監(jiān)控服務(wù)器的配置、被監(jiān)控計(jì)算節(jié)點(diǎn)監(jiān)控項(xiàng)配置、zabbix相關(guān)配置參數(shù)、數(shù)據(jù)庫配置有很大的關(guān)系。

4.2 監(jiān)控服務(wù)器的硬件優(yōu)化

監(jiān)控服務(wù)器作為監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫存儲服務(wù)器，其數(shù)據(jù)庫所在硬盤的讀寫速度、內(nèi)存大小、CPU運(yùn)算速度等，配置越高越好。

在此次對服務(wù)器優(yōu)化時，為了保證數(shù)據(jù)庫的安全與兼顧數(shù)據(jù)庫讀寫速度，使用了2塊盤做raid1的系統(tǒng)盤，4塊盤做raid5的數(shù)據(jù)庫盤。內(nèi)存由原來的64GB擴(kuò)大到了256GB。

4.3 Zabbix服務(wù)器端參數(shù)的配置優(yōu)化

在zabbix_server.conf中，我們可以配置服務(wù)器的各項(xiàng)參數(shù)，其中比較重要的是以下幾項(xiàng)：

1）StartPollers 此項(xiàng)參數(shù)為server的進(jìn)程數(shù)，根據(jù)服務(wù)器配置，相應(yīng)調(diào)整此參數(shù)的值。

2）StartDiscoverers 此項(xiàng)參數(shù)為自動發(fā)現(xiàn)主機(jī)進(jìn)程數(shù)，提高此參數(shù)的值，可以更快的批量添加計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

3）StartPingers 此項(xiàng)參數(shù)為fping檢測進(jìn)程數(shù)，比較耗費(fèi)CPU和數(shù)據(jù)連接數(shù)，過小容易檢測不到在線主機(jī)，過大容易對服務(wù)器資源造成浪費(fèi)。

4）StartDBSyncers 此項(xiàng)參數(shù)為數(shù)據(jù)庫連接進(jìn)程數(shù)，若太小無法正常寫入數(shù)據(jù)庫，太大會增加數(shù)據(jù)庫負(fù)載壓力。

5）CacheSize 此項(xiàng)參數(shù)為緩存大小，根據(jù)現(xiàn)有內(nèi)存大小進(jìn)行相應(yīng)變化。

6）TrendCacheSize 此項(xiàng)參數(shù)為趨勢數(shù)據(jù)緩存，根據(jù)現(xiàn)有內(nèi)存大小進(jìn)行相應(yīng)變化。

4.4 計(jì)算節(jié)點(diǎn)的配置優(yōu)化

在默認(rèn)的模板中，一個計(jì)算節(jié)點(diǎn)需要監(jiān)控100+監(jiān)控項(xiàng)，其中大部分為跟業(yè)務(wù)無關(guān)的監(jiān)控項(xiàng)，可以去除，以減輕服務(wù)器端負(fù)載壓力。保留必要的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，其余的監(jiān)控項(xiàng)（例：每秒系統(tǒng)中斷數(shù)、最大文件打開數(shù)等）可以不去監(jiān)控。

為了緩解服務(wù)器壓力，在zabbix組成架構(gòu)下有一種方式為主動模式。客戶端在主動模式下，可在間隔時間內(nèi)傳送數(shù)據(jù)至服務(wù)器，不需要服務(wù)器每次過來取數(shù)據(jù)，從而大大降低獲取數(shù)據(jù)對服務(wù)器造成的壓力[3]。所以我們選擇所有客戶端采用主動模式發(fā)送數(shù)據(jù)至服務(wù)器。

在監(jiān)控計(jì)算節(jié)點(diǎn)個數(shù)超過2000時，可以增加代理服務(wù)器減輕主服務(wù)器壓力，通過代理服務(wù)器可以輕松增加被監(jiān)控計(jì)算節(jié)點(diǎn)的個數(shù)。

4.5 數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化

服務(wù)器中最重要的組件為數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫優(yōu)化是監(jiān)控正常且高效運(yùn)行的有力保證。

在默認(rèn)安裝的服務(wù)器中，使用mysql數(shù)據(jù)庫，并且使用HouseKeeper作為歷史數(shù)據(jù)保存表[4]。此表在數(shù)據(jù)庫中會越來越大，默認(rèn)每隔一段時間，清理最早的數(shù)據(jù)，但是這樣每次清理會增大數(shù)據(jù)庫的負(fù)載，在清理過程中，其他查詢、插入功能會造成卡頓。為了讓數(shù)據(jù)庫更高效的運(yùn)行，我們需要停用HouseKeeper功能，并把數(shù)據(jù)庫的表分區(qū)進(jìn)行了優(yōu)化。

同時需要修改mysql數(shù)據(jù)庫默認(rèn)配置，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫參數(shù)，需要修改/etc/my.conf文件，重要參數(shù)如下：

innodb_file_per_table=1 此項(xiàng)參數(shù)為innodb可以把每個表數(shù)據(jù)單獨(dú)保存，方便管理也提高了性能。

innodb_log_file_size 此項(xiàng)參數(shù)為innodb邏輯日志文件大小，適當(dāng)增加此參數(shù)大小，可以防止如刪除歷史數(shù)據(jù)等操作不成功、日志回滾等問題。

innodb_buffer_pool_size 此項(xiàng)參數(shù)為innodb緩沖池的大小，如果是單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，可以配置到總內(nèi)存的80%，與軟件在同一服務(wù)器中，配置到40%-60%比較合適。

經(jīng)過不斷地優(yōu)化配置，找到了適合處理解釋集群的監(jiān)控配置，為以后更大規(guī)模的集群監(jiān)控奠定了基礎(chǔ)。

5、針對處理解釋集群CPU整體利用率，做自定義監(jiān)控

部署zabbix服務(wù)器后，經(jīng)過配置即可進(jìn)行集群計(jì)算節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)監(jiān)控，包括CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)等。每個計(jì)算節(jié)點(diǎn)的CPU都可以正常采集，但若想要監(jiān)控集群整體CPU的利用率，則需要進(jìn)行相關(guān)的自定義監(jiān)控項(xiàng)配置：

1）添加所有集群主機(jī)，并鏈接默認(rèn)Linux模板。

2）在模板中，新建監(jiān)控項(xiàng)：CPU-time-user-nice，Type：Calculated，Key：cpu.compute，F(xiàn)ormula：（100-last（"system.cpu.util[，idle]"）） 。

3）建立主機(jī)組，把集群中所有節(jié)點(diǎn)加入到主機(jī)組中。

4）新建主機(jī)，不鏈接任何模板。

5）在新主機(jī)中添加監(jiān)控項(xiàng)：CPU-time，Type：Zabbix aggregate，Key：grpavg["xxx"，"Cputime.compute"，last，0]

其中第二步，是統(tǒng)計(jì)CPU利用率中user與nice占用之和。在各種處理解釋軟件中，由于軟件的不同，導(dǎo)致CPU在部分軟件運(yùn)行時，nice值偏高。為了正確顯示CPU利用率，則直接使用100-空閑CPU利用率。

第五步中，利用聚合檢測功能，把本組集群的所有節(jié)點(diǎn)CPU利用率做平均處理，得到集群整理體用率。

具體監(jiān)控結(jié)果實(shí)例如下圖：

從上圖可以看出，在一個月內(nèi)，集群整體CPU利用率平均值為64.4%，峰值為97.63%。相關(guān)運(yùn)維人員，可以根據(jù)這一個月的CPU利用率去對比近一個月的業(yè)務(wù)情況，做出合理的作業(yè)時間安排，以提高整體集群的利用率。

結(jié)束語

Zabbix作為企業(yè)級的圖形化分布式監(jiān)控解決方案，具備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、存儲、告警規(guī)則配置以及圖形化展示界面的功能。本文通過對zabbix的工作機(jī)制進(jìn)行研究，結(jié)合高性能計(jì)算機(jī)的配置，從功能到部署，實(shí)現(xiàn)了對處理解釋集群運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控。根據(jù)個性化的需求進(jìn)行開發(fā)完善，收集匯總需要的監(jiān)控信息，對集群整體CPU利用率的監(jiān)控提供了行之有效的方法，為系統(tǒng)性能優(yōu)化提供有效幫助，可供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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