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PXE（Preboot Execution Environment）是一種遠程啟動機制，允許客戶端從網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器啟動。在PXE的實現(xiàn)中，pxelinux是一種非常重要的組件，它是一個可用于網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的Linux發(fā)行版。pxelinux的源代碼在開源社區(qū)中得到了廣泛的關(guān)注和使用。本文將介紹如何通過解析pxelinux源碼的實踐，提高對該組件的理解，并探討可能的改進。
pxelinux是開源社區(qū)中最常見的網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)組件之一，它可以通過TFTP（Trivial File Transfer Protocol）從網(wǎng)絡(luò)上下載內(nèi)核和根文件系統(tǒng)，然后在客戶端上啟動Linux。在對pxelinux源碼進行實踐時，我發(fā)現(xiàn)，它采用了一種類似于GRUB的配置文件來進行配置和定制。該配置文件包含各種關(guān)鍵信息，如可用內(nèi)核、根文件系統(tǒng)、菜單項等。pxelinux配置文件的語法類似于基于C的語言，通常以“LABEL”開始，后面跟著一段指令代碼。
對pxelinux源碼進行實踐的過程中，我深入理解了其中的組件和工作原理。例如，pxelinux使用了開源的bootloader SYSLINUX來加載Linux內(nèi)核。在配置過程中，可以設(shè)置bootloader的選項以滿足客戶端的需要。同時，pxelinux的配置文件能夠啟動不同的操作系統(tǒng)，包括Windows，使得在存在多個操作系統(tǒng)的場景下，管理員可以便捷地為每個客戶端配置相應(yīng)的操作系統(tǒng)。
此外，我還研究了pxelinux的插件系統(tǒng)，它可以添加額外的功能和支持組件。例如，可以增加一個圖形界面來代替默認的文本界面，也可以使用插件來加載其他的配置文件。這樣一個靈活的插件系統(tǒng)提高了pxelinux的定制性，使它可以適應(yīng)各種不同的場景。
雖然pxelinux是一個功能強大的組件，但它仍存在一些改進的余地。例如，在配置文件的編寫中，缺少一些直觀的工具。一旦配置文件出現(xiàn)錯誤，它將無法工作，因此需要一個更好的錯誤報告系統(tǒng)。另外，盡管pxelinux的插件系統(tǒng)為使用者提供了很多定制的機會，但也需要一個更加標(biāo)準(zhǔn)化的接口，以使其他的開發(fā)人員更容易地編寫插件。
在本文中，我們介紹了pxelinux源代碼的實踐和思考。我們發(fā)現(xiàn)，pxelinux是一種非常強大和靈活的組件，在網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)和遠程啟動的場景中廣泛使用。通過對pxelinux源碼的實踐和探討，可以更好地理解它的工作原理和靈活性，并提出改進的建議。我們相信，在開源社區(qū)的共同努力下，pxelinux將會變得更加完善和強大。
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資源管理器：為了確保分配給作業(yè)合適的資源，集群資源管理需要維護一個數(shù)據(jù)庫。這個數(shù)據(jù)庫記錄了集群系統(tǒng)中各種資源的屬性和狀態(tài)、所有用戶提交的請求和正在運行的作業(yè)。策略管理器根據(jù)這些數(shù)據(jù)和指定的調(diào)度策略生成優(yōu)先級列表。資源管理器根據(jù)這個優(yōu)先級列表調(diào)度作業(yè)。資源管理器還應(yīng)該具有資源預(yù)留能力。這樣不僅可以保留強大的資源給需要的作業(yè)，而且可以預(yù)留一定的冗余資源以應(yīng)付集群中的結(jié)點失效和突發(fā)的計算。
作業(yè)調(diào)度策略管理器：策略管理器根據(jù)資源管理器得到各個結(jié)點上的資源狀況和系統(tǒng)的作業(yè)信息生成一個優(yōu)先級列表。這個列表告訴資源管理器何時在哪些結(jié)點上運行哪個作業(yè)。策略管理器不僅要提供一個復(fù)雜的參正氏擾數(shù)去定義計算環(huán)境和作業(yè)，而且要為這個定義提供簡捷靈活的表達方式以允許系統(tǒng)管理員實現(xiàn)策略驅(qū)動的資源調(diào)度。
2 Beowulf集群中的作業(yè)管理軟件
有很多種選擇去管理集群系統(tǒng)中的資源。其中PBS資源管理器和Maui作業(yè)調(diào)度器最適合集群系統(tǒng)。
2.1 PBS
PBS(Portable Batch System)是由NASA開發(fā)的靈活的批處理系統(tǒng)。它被用于集群系統(tǒng)、超級計算機和大規(guī)模并行系統(tǒng)。PBS主要有如下特征：
易用性：為所有的資源提供統(tǒng)一的接口，易于配置以滿足不同系統(tǒng)的需求，靈活的作業(yè)調(diào)度器允許不同系統(tǒng)采用自己的調(diào)度策略。
移植性：符合POSIX 1003.2標(biāo)準(zhǔn)，可以用于shell和批處理等各種環(huán)境。
適配性：可以適配與各種管理策略，并提供可擴展的認證和安全模型。支持廣域網(wǎng)上的負載的動態(tài)分發(fā)和建立在多個物理位置不同的實體上的虛擬組織。
靈活性：支持交互和批處理作業(yè)。
OpenPBS(
)是PBS的Open Source的實現(xiàn)。商業(yè)版本的PBS可以參照：
。
2.2 Maui
Maui 是一個高級的作業(yè)調(diào)度器。它采用積極的調(diào)度策略優(yōu)化資源的利用和減少作業(yè)的響應(yīng)時間。Maui的資源和負載管理允許高級的參數(shù)配置：作業(yè)優(yōu)先級(Job Priority)、調(diào)度和分配(Scheng and Allocation)、公平性和公平共享(Fairness and Fairshare)和預(yù)留策略(Reservation Policy)。Maui的QoS機制允許資源和服務(wù)的直接傳遞、策略解舉旦除(Policy Exemption)和指定特征的受限訪問。Maui采用高級的資源預(yù)留架構(gòu)可以保證精確控制資源何時、何地、被誰、怎樣使用。Maui的預(yù)留架構(gòu)完全支持非入侵式的元調(diào)度。
Maui的設(shè)計得核櫻益于世界更大的高性能計算中心的經(jīng)驗。Maui本身也提供測試工具和模擬器用于估計和調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能。
Maui需要資源管理器與其配合使用。我們可以把Maui想象為PBS中的一個插入部件。
更多Maui的信息可以訪問：
3 集群系統(tǒng)管理
從系統(tǒng)組成角度說，集群系統(tǒng)是由多臺計算機組成的超級計算機。但是從最終用戶看來，集群系統(tǒng)是一臺計算機，也就是說，集群系統(tǒng)的構(gòu)成對用戶是透明的。所以集群系統(tǒng)的管理的目的就是讓集群系統(tǒng)象一臺計算機一樣利于管理。歸納起來，集群系統(tǒng)管理一般完成如下任務(wù)：
3.1 資源管理
簡單地說，資源管理就是分配系統(tǒng)的資源和監(jiān)控系統(tǒng)資源的使用狀態(tài)。這里的資源是個很廣泛的概念，各種硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)和程序都可以看成資源：如CPU、存儲、網(wǎng)卡，甚至系統(tǒng)的事件和log。
3.2 事件服務(wù)
事件(Event)就是系統(tǒng)的狀態(tài)的一次變化。如”CPU的利用率超過90%”就可以理解為一次事件。簡單的說，事件服務(wù)就是事件通知服務(wù)，也就是當(dāng)一次事件發(fā)生時，通知對這類事件感興趣的個體這個事件發(fā)生了。事件服務(wù)可以分為Push(也稱為Subscribe-Publish)和Pull方式。系統(tǒng)管理員還應(yīng)該能夠通過事件服務(wù)設(shè)置系統(tǒng)對事件的自動響應(yīng)。
3.3 分布式命令和文件
分布式命令和文件是指讓命令和文件操作同時在整個集群結(jié)點或指定的一組結(jié)點上并行執(zhí)行。
分布式命令功能通常通過分布式的Shell來提供。這種Shell一般叫做dsh(distributed shell)或 psh ( parallel shell)。你可以通過rsh或ssh來實現(xiàn)分布式Shell。
分布式文件主要用于指集群中配置文件的同步。集群系統(tǒng)實際上是由多個結(jié)點組成，所以對集群系統(tǒng)的一個配置需要發(fā)布到每個結(jié)點(或一組結(jié)點)。比如，需要配置每個結(jié)點上的Apache都支持CGI，就需要把/etc/httpd下的配置文件發(fā)布到每個結(jié)點的/etc/httpd中。簡單地說，集群系統(tǒng)地配置管理就是把一個或多個配置文件發(fā)布到指定的結(jié)點上。有很多開放源碼的工具可以幫助完成集群系統(tǒng)的分布式文件功能，如rdist和cfengine。
3.4 監(jiān)控和診斷
對持續(xù)運行的集群系統(tǒng)而言，當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，你需要一些工具監(jiān)控系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)，如系統(tǒng)進程、CPU利用率和內(nèi)存利用率等。在普通的Unix系統(tǒng)上，你可以簡單的用ps和top實現(xiàn)這些功能。但是在集群系統(tǒng)中，你確實需要一些特殊工具，而且更好系統(tǒng)的監(jiān)控可以支持多種網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，如SNMP和 WBEM。當(dāng)集群系統(tǒng)工作不正常時，你則需要另外一些工具來協(xié)助系統(tǒng)診斷。如當(dāng)系統(tǒng)某個不服務(wù)時，你可能需要用ping診斷是不是網(wǎng)絡(luò)出了問題。而當(dāng)時多個結(jié)點服務(wù)時，你則需要并發(fā)的ping來診斷是不是網(wǎng)絡(luò)錯誤。
3.5 硬件控制
PC機上很簡單的管理功能對于集群系統(tǒng)而言可能會很難做到。比如讓一組結(jié)點重啟，就很難手工完成。所以集群系統(tǒng)需要一些特殊的硬件設(shè)備完成這些功能。下面是幾個需要硬件支持特殊管理功能：
遠程電源管理：主要是遠程關(guān)閉、打開和重啟結(jié)點與查詢結(jié)點電源狀態(tài)。在IBM eServer Cluster 1300中采用A。
遠程控制臺：當(dāng)遠程結(jié)點出現(xiàn)問題或出現(xiàn)一些特殊的軟件需要時，需要直接登錄到結(jié)點上完成操作。KVM Switch可以滿足這種需求，但是當(dāng)結(jié)點很多時，KVM Switch就會很復(fù)雜。而且KVM Switch需要手工切換，不能通過軟件方法使用。Terminal Server克服了KVM Switch的缺點。Terminal Server與結(jié)點的串口相連，并把串口虛擬成管理結(jié)點上終端設(shè)備，當(dāng)然這需要對結(jié)點的操作系統(tǒng)做些相應(yīng)的配置。
3.6 系統(tǒng)安裝
集群系統(tǒng)的安裝主要是指在各個結(jié)點上安裝操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、并行程序運行庫、作業(yè)管理軟件和系統(tǒng)管理軟件等。它是集群系統(tǒng)投入應(yīng)用的前提，所以集群系統(tǒng)的安裝是一件非常重要的任務(wù)。一般集群系統(tǒng)由幾十臺，甚至上百上千臺計算機組成，顯然手工安裝系統(tǒng)幾乎是不可能的。一般集群系統(tǒng)的安裝的機制是：
網(wǎng)絡(luò)啟動：設(shè)置需要的安裝的結(jié)點網(wǎng)絡(luò)啟動，然后管理結(jié)點遠程重啟需要安裝的結(jié)點。網(wǎng)絡(luò)啟動的結(jié)點啟動后從啟動服務(wù)器獲得一個小的操作系統(tǒng)內(nèi)核。網(wǎng)絡(luò)啟動一般采用Intel的PXE(Pre-Execution Environment)標(biāo)準(zhǔn)。 PXELinux是支持PXE的網(wǎng)絡(luò)啟動服務(wù)器。它可以在網(wǎng)絡(luò)啟動的結(jié)點啟動一個小的Linux核心并運行指定的Init程序。由Init程序負責(zé)后續(xù)的安裝。
網(wǎng)絡(luò)安裝：這個操作系統(tǒng)內(nèi)核負責(zé)從安裝服務(wù)器(通常是一個文件服務(wù)器)上取得安裝軟件包或系統(tǒng)鏡像并在本地實施系統(tǒng)安裝。有多種Linux工具可以完成基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)安裝。這些工具中的典型代表是：KickStart、ALICE (Automatic Linux Installation and Configuration Environment)、SIS(System Install Suite)和PartImage。這些工具可以分為如下幾類：
a. 基于Script的安裝：這種安裝方式中，安裝過程由安裝腳本(Script)控制，可以通過修改安裝腳本來配置安裝過程。這種安裝方式中，安裝服務(wù)器實際上是一個文件服務(wù)器，它向結(jié)點提供要安裝的軟件包。除了軟件包不是來自本地外，這種安裝方法和本地安裝并沒有太大的區(qū)別，本地安裝的各個步驟(配置硬件、安裝軟件包、配置系統(tǒng)等)它都要經(jīng)過。KickStart屬于這中安裝方法。基于Script的安裝比較靈活，但是它是操作系統(tǒng)依賴型的。象 KickStart只支持Redhat Linux。
b. 基于Imaging的安裝：和基于Script的安裝不同，基于Imaging的安裝并不需要經(jīng)過本地安裝的各個步驟。它只需要把存儲在文件服務(wù)上的需要安裝的系統(tǒng)映象(Image)拷貝到本地的硬盤上。這個系統(tǒng)映象來源于一個已經(jīng)安裝和配置好的樣機。Imaging的安裝方式是獨立于操作系統(tǒng)，但是它依賴于網(wǎng)絡(luò)啟動的操作系統(tǒng)內(nèi)核支持的文件系統(tǒng)。Imaging的很大缺點是很難提供獨立于操作系統(tǒng)的配置方法。PartImage屬于Imaging安裝方法。而SIS是Script和Imaging混合型的安裝方式。SIS利用Linux的chroot命令在安裝服務(wù)器的一個文件目錄下安裝一個虛擬的操作系統(tǒng)映象。同時SIS支持用戶提供Shell腳本完成安裝后的配置。
c. 基于Cloning的安裝：和Imaging安裝方式相同的是，Cloning安裝也采用系統(tǒng)映象。但是Cloning中的系統(tǒng)映象是樣機上硬盤分區(qū)的 Clone。因此，Cloning安裝不需要識別系統(tǒng)鏡像中的文件系統(tǒng)類型。所以它是獨立于文件系統(tǒng)的，它只依賴于操作系統(tǒng)內(nèi)核支持的硬盤設(shè)備類型 (IDE或SCSI)。和Imaging一樣，Cloning的很大缺點是很難提供獨立于操作系統(tǒng)的配置方法。而且相對于Imaging而言， Cloning效率更低。你可以簡單的用dd命令實現(xiàn)Clone。
下表歸納了幾種安裝工具的特點：
安裝工具 安裝方法 支持的系統(tǒng) 支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
KickStart Script Redhat Linux NFS、FTP
SIS Script和Imaging混合 Redhat Linux
SuSE Linux
Turbo Linux
… rsync
PartImage Imaging EXT2、FAT、NTFS、HPFS… 私有協(xié)議
3.7 域管理
你可以簡單的把集群系統(tǒng)的域管理理解為結(jié)點管理，它主要包括如下簡單的功能：
加入、刪除和列舉集群系統(tǒng)中的結(jié)點
對集群中的結(jié)點分組
實際上，我們也把作業(yè)管理納入集群系統(tǒng)管理的任務(wù)。但是相對于其他系統(tǒng)管理任務(wù)而言，作業(yè)管理在集群系統(tǒng)中具有更重要的作用，而且通常的集群系統(tǒng)管理軟件也不直接實現(xiàn)作業(yè)管理功能。所以我們把作業(yè)管理作為集群系統(tǒng)一個重要的軟件部分，而不是集群系統(tǒng)管理的一項任務(wù)。
4 幾種集群系統(tǒng)管理軟件
集群系統(tǒng)管理軟件和集群系統(tǒng)一樣形形、多種多樣。下面簡要介紹幾種集群系統(tǒng)管理軟件并比較它們實現(xiàn)的功能。
4.1 IBM C
IBM C(Cluster Systems Management )是IBM eServer Cluster 1300上的系統(tǒng)管理軟件。IBM的Linux集群戰(zhàn)略的一部分就是把運行在RS/6000 SP平臺上的PSSP軟件移植到基于xSeries的Linux集群系統(tǒng)上。C大部分功能來源于SP平臺，但是它也集成了Web 2023、xSeries、開放源碼工具和其他技術(shù)。C是一款功能很全面的管理工具，而且還在不斷的發(fā)展中。
4.2 XCAT
XCAT是用于IBM eServer Cluster 1300上的系統(tǒng)管理軟件。它由Egan Ford開發(fā)。它基本上是由shell腳本寫成，相當(dāng)簡捷。但是它實現(xiàn)了集群系統(tǒng)管理大部分的內(nèi)容，是個非常出色的管理軟件。
4.3 Mon
Mon在Linux平臺上開發(fā)，但是也以運行在Solaris上而出名。Mon的服務(wù)器和客戶都是基于perl開發(fā)的，所以很容易移植到其他UNIX和類UNIX平臺。
下表比較了以上三種集群系統(tǒng)管理軟件：
項目 C XCAT Mon
支持的集群系統(tǒng) IBM eServer Cluster 1300 IBM eServer Cluster 1300 不特定于某個集群系統(tǒng)
支持的操作系統(tǒng) Redhat、SuSE Redhat，結(jié)點可以采用Imaging和Cloning安裝其他操作系統(tǒng)，甚至于Windows 在Linux上開發(fā)，但是以運行在Solaris而著名。很容易移植到其他Unix和非Unix操作系統(tǒng)上
資源管理 提供統(tǒng)一的、可擴展的，全面的資源管理，但是由于強大而使用起來很復(fù)雜。 基本沒有 基本沒有
事件服務(wù) 提供事件訂閱發(fā)布機制，并預(yù)先定義了很多系統(tǒng)事件和對事件的響應(yīng) 將來會于Mon集成以完成事件服務(wù) 支持
配置管理 支持 無 無
監(jiān)控和診斷 支持分布式Shell(dsh)、支持SNMP 支持并發(fā)Shell(psh)、并發(fā)ping(pping) 支持SNMP
硬件控制 遠程電源管理(rpower)遠程控制臺(rconsole) 遠程電源管理(rpower) 遠程控制臺(rcon、wcon) 無
系統(tǒng)安裝 支持KickStart和SIS 支持PXE 支持KickStart、Imaging和Cloning 支持PXE和etherboot 無
域管理 全面 基本沒有 基本沒有
集成性 除了必須的開放源碼軟件包，不與任何其他軟件集成。但是底層資源管理和事件服務(wù)提供編程接口，集成很方便。上層可以通過命令調(diào)用集成。 自動安裝PBS、Maui、Myrinet和MPI。將來會支持 SgridEngine Scheduler 基本沒有，應(yīng)該可以通過命令行集成
易用性 提供強大命令行工具和簡單的GUI工具 命令行工具，將來會和Ganglia集成提供一定的GUI
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