如何监控和分析HPC平台的资源利用状况,评估工作负载与硬件之间的匹配情况?

高性能计算 (HPC) 平台的资源监控和分析是确保其高效运行的关键组成部分。对 HPC 平台进行有效监控可以帮助您评估工作负载与硬件的匹配情况，优化资源分配，并确保应用程序高效运行。以下是一些建议和策略：

基本硬件监控：
CPU 利用率：检查 CPU 核心的使用情况，确保它们没有过载。
内存使用情况：监视 RAM 的总使用量和各个应用的使用情况。
磁盘 I/O：检查读/写速度和磁盘队列长度，以查找可能的瓶颈。
网络带宽：评估数据传输速率、丢包率和其他网络性能指标。

应用程序和作业调度器监控：
使用作业调度器（如 SLURM、Torque 或 PBS）的日志和监视工具来跟踪作业的状态、运行时间和资源使用情况。
监视并分析应用程序的输出和日志，以确定任何性能问题或资源浪费。

高级性能分析工具：
使用专门的 HPC 性能分析工具，如 Intel VTune、TAU 或 Score-P，来深入分析应用程序性能。
这些工具可以帮助您识别代码中的瓶颈、并行效率问题或其他优化点。

集群健康和稳定性监控：
使用如 Ganglia、Nagios 或 Zabbix 这样的工具来监控整个 HPC 环境的健康状况和稳定性。
定期检查硬件健康状况，例如 CPU 温度、风扇速度和其他传感器数据。

资源利用率和效率：
比较申请的核心数与实际使用的核心数。如果应用程序没有充分利用所有分配的核心，那么可能存在优化空间。
考虑 CPU/GPU 利用率与功耗之间的关系，以评估集群的能效。

瓶颈分析：
使用性能分析工具定期检查并确定任何可能的瓶颈，无论是硬件还是软件。

通过HPC平台作业调度器收集大量的计算作业的计算资源消耗过程监测数据（包括集群状态、节点利用率等），可以得出这类仿真计算作业的资源消耗特性，对后续同类型计算作业分配计算资源和硬件选型提供指导性帮助，提高资源利用率。

   除了在HPC平台节点上部署Zabbix、Prometheus等监控软件进行资源利用的监控外，也需收集HPC集群的日志和事件，进工作行负载评估，资源利用分析。
   HPC平台会产生大量的日志和事件数据，记录了系统的运行状态和操作历史。这些数据经过清除后，可以进行系统性能、资源利用情况和故障排除。通过日志分析工具如ELK（Elasticsearch、Logstash和Kibana）可以对日志数据进行集中管理、搜索和可视化，以便了解系统的运行情况，和硬件资源的情况
   也可以通过性能分析工具来评估工作负载与硬件之间的匹配情况，这些工具可以帮助检测性能瓶颈和优化方向，例如，Intel VTune、AMD ROCm Profiler、Allinea MAP等工具提供了对应用程序的性能分析和调优功能，可以帮助识别瓶颈，并提供优化建议。

我们是采用Prometheus来监控资源，这个也是业界用的较多的，包括CPU利用率、内存利用率、磁盘IO、网络带宽等，还可以自定义暴露一些指标，比如监控作业调度系统（如Slurm、PBS等）的工作队列情况、作业运行状态以及资源分配情况，了解各个作业的运行时长、优先级、资源需求等信息。
另外，也可以收集历史数据，对资源利用率进行统计与分析，了解不同时间段和不同节点的资源利用情况，评估资源的瓶颈和短板。
最后，综合考虑硬件配置和工作负载的特点，评估是否存在资源浪费或者资源不足的情况，调整硬件配置或者优化工作负载，以实现更好的匹配和利用。

监控分实时和历史两个维度，实时和历史也包括了作业维度和硬件维度，这样的话通过这些监控工具，可以了解 hpc 和工具的使用率，了解每个项目所需资源等等，为未来的扩容和优化提供数据基础。