Snow

Les calculs statistiques qui exigent des longues procédures, peuvent être accélérés de manière significative en utilisant plusieurs ordinateurs en parallèle.

Le package «snow» (Simple Network Of Workstations) nous donne la possibilité d'avoir un cluster (grappe de serveurs) de postes de travail pour les calculs parallèles dans R.

Lancer le script «snowdms» au DMS

• Ouvrez un terminal
• Taper la commande suivante: makeKey.sh (ceci est pour empêcher le SSH de vous demander votre mot de passe à chaque fois que vous tentez de vous connecter à d'autres machines du réseau)

• Si la question suivante apparaît, répondez par «y» :

Generating public/private rsa key pair.
/home/bayani/.ssh/id_rsa already exists.
Overwrite (y/n)? 

• Faites juste «Enter» lorsque vous voyez :

Enter passphrase (empty for no passphrase): 

• De nouveau faites juste «Enter» lorsque vous voyez :

Enter same passphrase again:

Pour démarrer la version 3.0 de R (qui inclut le package snow), entrez

/usr/local/stat/R/R-3.0.0/bin/R 

dans un terminal de commandes. Ceci lance R en mode ligne de commandes. Pour la version « graphique », entrez plutôt

/usr/local/stat/R/R-3.0.0/lib64/R/library/JGR/scripts/run

Exemple

Dans l'exemple suivant, on fait des calculs de deux manières. La première fois, on lance les calculs sur la machine qu'on se trouve présentement; par la suite on fait la même chose sur plusieurs CPUs (ex. nbcpus <- 10, 15, 20 ou 80). Une fois dans R, tapez les commandes suivantes :

require(snow)

myfunc <- function(M=1000) {
  decision <- 0
  for (i in 1:M) {
    x <- rnorm(100)
    if (shapiro.test(x)$p < 0.05) decision <- decision + 1
  }
  return(decision)
}


system.time({
  M <- 6000000
  decision <- myfunc(M)
  print(decision/M)
})

# Temps de calcul: 814s
# Comme on constate ici, avec un seul CPU le processus prend 814s c.-à-d. environ 14 minutes

nbcpus <- 10
cpus <- strsplit(system(paste("snowdms.sh ",nbcpus),intern=TRUE),split=" ")[[1]]
write(cpus, file="~/cpus.csv", 10, append=TRUE, "\t")      # La liste des machines choisies est enregistrée dans "cpus.csv".

system.time({
  cl <- makeCluster(cpus, type = "SOCK") #Fonctions pour démarrer un cluster de Snow.
  clusterSetupSPRNG(cl)          #Initialisation de flux de nombres aléatoires uniformes indépendantes pour un cluster de Snow
  M <- 6000000                   
  out <- clusterCall(cl, myfunc, round(M/nbcpus))  #Fonctions pour le calcul sur un cluster de Snow
  stopCluster(cl)                #Fonctions pour arrêter un cluster de Snow.
  decision <- 0
  for (cpus in 1:nbcpus) {
    decision <- decision + out[[cpus]]
  }
  print(decision/(round(M/nbcpus)*nbcpus))
})

# Avec nbcpus <- 10: 111s
# Avec nbcpus <- 15: 84s
# Avec nbcpus <- 20: 70s
# Avec nbcpus <- 80: 58s
# On voit ici qu'au fur et à mesure qu'on augmente le nombre de CPUs le processus va plus vite. 

Remarques :

• Des messages tels que :

The authenticity of host 'leopard (132.204.53.53)' can't be established.
RSA key fingerprint is a6:a3:80:c8:52:22:d8:de:be:5a:d8:f4:04:cf:2c:01.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)?

peuvent apparaître. Il faut alors répondre par «yes». Ces messages n'apparaîtont qu'une seule fois (pour une machine donnée).

• La liste des machines choisies par le script snowdms.sh est enregistrée dans un fichier dans le compte de l'usager (~/cpus.csv). Ainsi, si vous avez démarrées des simulations par erreur, vous savez sur quelles machines vous brancher (par ssh) afin de tuer vos simulations (commande kill).

• La fonction clusterCall ne permet pas de faire varier l'argument passé à la fonction, c'est-à-dire que chaque machine de la liste exécutera la même fonction avec le même argument. Cependant, d'autres fonctions, comme clusterApply par exemple, offrent cette possibilité. Pour plus de détails, consultez le manuel du package.

Nombre de CPUs

Le rendement en terme du temps de calcul dépend du type de processus que vous allez lancer sur les machines. On voit dans l'exemple que plus on utilise de CPUs, plus vite iront les calculs. Mais il faut faire attention puisque, tout dépendamment du type de calculs à réaliser, le gain risque de changer. Il ne faut pas oublier que l'envoi des calculs sur plusieurs CPUs prend du temps, alors il faut que votre processus vaille le coup d'être envoyer sur plusieurs CPUs (c.-à-d. votre programme est bien parallélisable). Sinon, c'est mieux de lancer un programme qui est pas trop grand sur une seule machine.

Exemple de tous les jours : Disons qu'on veut écrire une lettre de deux lignes. À la place de l'écrire, vous vous déplacer 3 étages du Pavillon André-Aisenstadt pour aller voir votre ami au troisième étage pour lui demander de l'aide. Pendant ce temps-là vous auriez pu avoir déjà écrit votre lettre de deux lignes. Mais, par exemple si vous avez une lettre de 20 page à écrire, en ce moment-là cela vaut la peine de se déplacer trois étages pour allez demander de l'aide à son ami.

Générer des nombres aléatoires

Les générateurs des nombres aléatoires par défaut sont susceptibles d'être très corrélés. Par exemple :

> clusterCall(cl, runif, 3)
[[1]]
[1] 0.08496597 0.35232298 0.60300751

[[2]]
[1] 0.08496597 0.35232298 0.60300751

# Génération de trois nombres aléatoires avec «runif»

Une façon rapide (mais pas propre) d'aborder ce problème est de faire :

clusterApply(cl, runif(length(cl),max=10000000), set.seed)

Une meilleure démarche est d'utiliser un «package» générateur de nombre aléatoire parallèle; comme l'exemple explicatif ci-haut.

Un petit exemple :

> clusterSetupRNG(cl)
> clusterCall(cl, runif, 3)
[[1]]
[1] 0.749391854 0.007316102 0.152742874

[[2]]
[1] 0.8424790 0.8896625 0.2256776

# Ici clusterSetupRNG(cl), initialise le flux de nombres aléatoires uniformes indépendantes pour un cluster de snow.   

Pour la source de cette section et plus de détails consulter les références externes ci-dessous.

Voir aussi

Articles connexes

• Simulations
• R
• Logiciels au Département

Références externes

• http://cran.r-project.org/web/packages/snow/snow.pdf
• http://homepage.stat.uiowa.edu/~luke/R/cluster/cluster.html
• http://www.sfu.ca/~sblay/R/snow.html