Verteilte Generierung von Zufallszahlen

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--Gehrke (Diskussion) 11:39, 6. Jan. 2015 (CET)

Achtung:

Die Nutzung von 'dd' wird nur unter Rootkennung funktionieren und die Befehle müssen auf die Gegebenheiten des eigenen Rechners abgestimmt werden. Nur kleine Schreib- oder Denkfehler können schon zu ernsten Datenverlusten führen, deshalb vor dem Betätigen der Enter-Taste den Befehl genau anschauen.


Für die Generierung von Zufallszahlen bietet Linux die beiden Pseudo-Devices 'random' und 'urandom' an. Sie unterscheiden sich in der Qualität des Ergebnisses und der Performance. So bietet 'random' eine bessere Zufälligkeit, ist aber sehr viel langsamer und blockiert bei mangelnder Entropie auch mal komplett für längere Zeit. Bei Dimensionen aktueller Datenträger im Terabyte-Bereich ist das viel zu langsam, so dass häufig 'urandom' zum Einsatz kommt.

Aber selbst damit kann mit handelsüblichen Prozessoren das Beschreiben einer solchen Festplatte mehrere Tage dauern. Abhilfe kann es sein, diese Aufgabe auf mehrere Rechner zu verteilen und die Ergebnisse über das Netz auf die Festplatte zu schreiben, wodurch die Gesamtdauer des Prozesses verkürzt wird.

Hierzu können die Standard-Werkzeuge dd und ssh mittels Pipe kombiniert werden, um die auf unterschiedlichen Systemen erzeugten Zufallsdaten über das Netzwerk zu transportieren und an das Zielsystem zu übergeben, wo sie dann in bestimmte Bereiche der Festplatte geschrieben werden. Dieses Verfahren ist skalierbar, so dass mehrere Computer an der Berechnung der Zufallszahlen beteiligt werden können.

Beispiel

In diesem Beispiel ist '/dev/sdf' die Festplatte auf dem Zielsystem 'j4', welche beschrieben werden soll. Feststellen der Festplatten-Kapazität:

[root@j4 ~]# fdisk -l /dev/sdf | grep 'Platte /dev/sdf:'
Platte /dev/sdf: 4000.8 GByte, 4000787030016 Byte

Bei einer gewählten Blockgröße von 8 Kilobytes bzw. 8x1024 Bytes (bs=8K) teilt sich die Gesamtkapazität in 488377323 Blöcke auf. Diese müssen auf die Anzahl der teilnehmenden Rechner verteilt werden. Je nach Leistungsstärke der beteiligten Systeme muss hierbei nicht unbedingt eine Gleichverteilung angestrebt werden. Im vorliegenden Fall sollen neben dem Server 'j4' noch 2 weitere Rechner ('j2', 'j3') für diese Aufgabe verwendet werden. In zuvor durchgeführten Versuchen wurde die Leistungsfähigkeit der einzelnen Systeme bestimmt und daraus die Anteile berechnet:

System Durchsatz urandom [MB/sec] Anteil [%] Anzahl Blöcke Start-Block End-Block
j2 11,1 44,6 217710373 0 217710373
j3 6,1 24,5 119642637 217710373 337353010
j4 7,7 31,0 151024313 337353010 488377323
Gesamt 24,9 100 488377323

Zuerst wird auf 'j4' der Prozess ohne Netzwerk gestartet:

[root@j4 ~]# dd bs=8K seek=337353010 count=151024313 if=/dev/urandom of=/dev/sdf

Auf den anderen beiden Systemen wird der Prozess über ssh getunnelt:

gehrke@j2:~> BS=8K; dd if=/dev/urandom bs=$BS | ssh root@j4 "dd of=/dev/sdf bs=$BS seek=0 count=217710373"
gehrke@j3:~> BS=8K; dd if=/dev/urandom bs=$BS | ssh root@j4 "dd of=/dev/sdf bs=$BS seek=217710373 count=119642637"

Nachdem alle Prozesse abgeschlossen sind, sollte man noch die Ergebnisse mit den erwarteten Mengen vergleichen.

j2:

217710357+16 Datensätze ein
217710357+16 Datensätze aus
1783483333204 Bytes (1,8 TB) kopiert, 251659 s, 7,1 MB/s

j3:

119642517+120 Datensätze ein
119642517+120 Datensätze aus
980112166544 Bytes (980 GB) kopiert, 180993 s, 5,4 MB/s

j4:

151024167+146 Datensätze ein
151024167+146 Datensätze aus
1237190661134 Bytes (1,2 TB) kopiert, 300172 s, 4,1 MB/s


Achtung:

Für die hier vorgestellte Methode ist es notwendig, dass der ssh-Zugang für den root-User gegeben ist. Dies kann je nach Anwendungsfall ein Sicherheitsrisiko darstellen. Es sollten entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, die daraus resultierenden Gefahren abzuwehren (beispielsweise per Firewall-Regel, PublicKey-Authentifizierung, IP-basierter Konfiguration oder temporärer Zulassung).


Weiterführende Links