Raspberry Pi cluster computer

목표

라즈베리 파이(Raspberry Pi)는 교육용으로 제작된 초소형, 초저가 PC이다. 라즈베리 파이는 가격이 저렴하므로 적은 돈으로 병렬 컴퓨터를 구성하는데 매우 유용하다. 본 프로젝트는 라즈베리 파이 6대와 허브를 가지고 병렬 컴퓨터를 제작하는 것이 목적이다.

방법

1. Raspbian 설치

SD카드를 PC에 연결하고 Raspbian을 다운받는다. 각각의 라즈베리 파이에 SD카드를 연결하고 Raspbian을 설치한다.

2. 허브 연결

랜선으로 하나의 허브에 각각의 라즈베리 파이를 연결한다.

3. ip 주소 고정

허브를 이용할 경우 재부팅시 ip 주소가 새로 할당된다. 병렬 컴퓨터에서는 서로의 ip 주소를 알아야 통신이 가능하므로 ip주소를 고정해주어야 재부팅을 해도 통신이 가능하다.

6대의 라즈베리 파이 중 1대를 서버 PC로 정하고, 서버 PC의 /etc/interfaces을 다음과 같이 수정한다.

auto lo

iface lo inet loopback

auto eth0
iface eth0 inet static
address 192.168.0.11
network 192.168.0.0
netmask 255.255.255.0
broadcast 192.168.0.255
dns-nameserver 192.168.0.11

auto eth0:0
iface eth0:0 inet static
address 210.219.52.148
netmask 255.255.255.0
gateway 210.219.52.1

allow-hotplug wlan0
iface wlan0 inet manual
wpa-roam /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
iface default inet dhcp

나머지 클라이언트 PC도 /etc/interfaces 파일을 다음과 같이 변경한다. 단 5번째 줄의 address 부분은 각각의 라즈베리 파이마다 192.168.12 ~ 의 서로 다른 주소를 지정해주어야 한다.

auto lo

iface lo inet loopback
iface eth0 inet static
address 192.168.0.12
network 192.168.0.0
netmask 255.255.255.0
broadcast 192.168.0.255
dns-nameserver 192.168.0.11
gateway 192.168.0.11

allow-hotplug wlan0
iface wlan0 inet manual
wpa-roam /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
iface default inet dhcp

4. /etc/hosts 등록

각각의 라즈베리 파이의 /etc/hosts 파일에는 ip 주소와 도메인 이름이 저장되어 있다. 새로운 ip 주소와 도메인 이름을 입력하면 ip 주소 대신 도메인 이름을 이용하여 다른 컴퓨터에 접속이 가능하다. /etc/hosts 파일에 위에서 고정한 ip 주소와 도메인 이름을 입력한다.

5. /etc/fstab 복사

/etc/hosts에 ip 주소와 도메인 이름을 입력했다면, ssh를 이용하여 도메인 이름만 입력하여도 다른 라즈베리 파이에 접속할 수 있다. 다만 최초 접속시에는 계정 비밀번호를 입력해야 다른 라즈베리 파이에 접속할 수 있다. 이는 authorized key가 다르기 때문이다. 따라서 라즈베리 파이의 부팅시 동기화를 통해 authorized key를 통일해주어야 비밀번호 입력 없이 원활한 통신이 가능하다.

/etc/fstab는 리눅스의 부팅시 마운트 정보를 갖고 있다. 부팅시 서버 PC의 authorized key를 동기화시키기 위해 /etc/fstab에 다음 코드 한 줄을 추가한다. 단, server_name은 서버 PC의 도메인 이름으로 변경한다.

server_name:/home /home/ nfs _netdev,auto 0 0

6. 소결

이제 라즈베리 파이 병렬 컴퓨터 구성을 완료하였다.

예제

1. 원주율 계산하기

PI.c 파일은 라이프니츠의 원주율 공식을 이용하여 원주율을 계산하는 프로그램이다. 이 예제에서는 라즈베리 파이 4대를 활용하여 병렬 컴퓨팅을 한다. mpicc를 이용하여 소스코드를 컴파일하고 mpirun을 이용하여 실행한다. mpirun의 -np는 사용되는 클라이언트의 개수, -machinefile은 사용되는 클라이언트의 도메인 이름을 지정하는 것이다. 따라서 host 파일에 각 클라이언트의 도메인 이름을 입력해야 한다.

mpicc PI.c -o PI.exe

mpirun -np 4 -machinefile host PI.exe

2. 로고 그리기

cxgraphics.c는 라즈베리 파이 6대를 이용하여 병렬 컴퓨팅을 한다. 각각의 클라이언트는 그라디언트 값을 계산하여 반환한다.

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