Singularity 容器技术

Singularity 是一个开源的容器平台，专为高性能计算（HPC）和企业级计算（EPC）工作负载优化设计。它的目标是提供一种简化、快速且安全的方式来运行应用程序。与传统容器不同，Singularity 允许在集群环境中以非特权用户身份运行容器，同时保证计算任务的可控性和安全性。这样，用户可以在容器内部获得接近 root 的运行权限，而不会破坏宿主机的安全策略，从而在 HPC 集群上高效地使用各种软件环境和工具链。

手册以 AutoDock4 为例演示镜像构建（镜像构建推荐在 login06-07 上执行，这两台登录节点配置更高，构建速度快）。

1. 查询镜像

前往 Docker Hub 搜索所需镜像。

例如 autodock4：

lucioric/autodock4

2. 构建与存放 SIF 镜像

建议用户在 个人目录下单独建立镜像目录，所有容器镜像统一放这里：

mkdir -p ~/lustre1/singularity_images
cd ~/lustre1/singularity_images

构建镜像：

singularity build autodock4.sif docker://lucioric/autodock4

• autodock4.sif：本地生成的 Singularity 镜像文件。
• docker://...：从 Docker Hub 拉取对应镜像。
• 拉取镜像：拉取镜像需要翻墙，可联系管理员获取权限。
• 上传镜像：用户也可以将本地构建好的 .sif 镜像上传至集群。
• 示例镜像：示例文件夹 ~/example/singularity/ 下提供了 autodock4.sif ，可直接复制使用。

生成后的文件路径为：

~/lustre1/singularity_images/autodock4.sif

3. 新建测试目录并准备输入文件

创建 AutoDock 测试目录：

mkdir -p ~/lustre1/singularity_images/autodock_test
cd ~/lustre1/singularity_images/autodock_test

拷贝示例输入文件：

cp -rf /lustre1/share/singularity/plk1 .

目录结构示例：

~/lustre1/singularity_images/
├── autodock4.sif
└── autodock_test/
    ├── plk1/        # 容器化运行目录
    └── plk1-2/      # 非容器化运行目录

4. 本地测试运行

进入测试目录：

cd ~/lustre1/singularity_images/autodock_test/plk1

运行容器：

singularity run -B $PWD:$PWD -H $PWD \
    ~/lustre1/singularity_images/autodock4.sif autodock4 -p 1tce-a.dpf

说明：

• -B $PWD:$PWD：将当前目录挂载到容器内相同路径；
• -H $PWD：设置容器内 home 为当前目录，避免路径错乱；
• ~/lustre1/singularity_images/autodock4.sif：统一存放的镜像文件。

运行过程中终端会被占用，任务完成后程序会自动退出并返回命令行。 如需中途停止，可按 Ctrl+C 强制终止。

测试确认无误后，请使用 Slurm 脚本提交正式计算。

WARNING

不要在登录节点长时间运行容器，正式计算必须提交 Slurm 作业！

5. Slurm 脚本提交（容器化运行）

在 ~/lustre1/singularity_images/autodock_test/ 下新建脚本：job-cnlong-c-sin.srp

#!/bin/bash
#SBATCH -J autodock_test_sin    # 作业名
#SBATCH -p cn-long              # 分区
#SBATCH -N 1                    # 节点数
#SBATCH -c 1                    # CPU 核心数
#SBATCH -o %x_%j.out            # 输出文件
#SBATCH -e %x_%j.err            # 错误文件
#SBATCH -A skl_g1               # 账户
#SBATCH --qos=sklcnl            # QOS

cd ~/lustre1/singularity_images/autodock_test/plk1
time singularity run -B $PWD:$PWD -H $PWD \
    ~/lustre1/singularity_images/autodock4.sif autodock4 -p 1tce-a.dpf

提交作业：

sbatch job-cnlong-c-sin.srp

6. 运行验证与排错

验证容器是否生效:

ls /usr/local/bin/autodock4

如果系统没有该文件，说明运行的是容器内版本。

[skl_lcy@login01 autodock_test]# ls /usr/local/bin/autodock4
ls: 无法访问'/usr/local/bin/autodock4': No such file or directory

7. 非容器化方式对比

建议新建独立目录 plk1-2 用于非容器化测试

cp -rf /lustre1/share/singularity/plk1 ~/lustre1/singularity_images/autodock_test/plk1-2

在 ~/lustre1/singularity_images/autodock_test/ 下新建脚本： job-cnlong-c-nocontainer.srp：

#!/bin/bash
#SBATCH -J autodock_test_nc
#SBATCH -p cn-long
#SBATCH -N 1
#SBATCH -c 1
#SBATCH -o %x_%j.out
#SBATCH -e %x_%j.err
#SBATCH -A skl_g1
#SBATCH --qos=sklcnl

source /appsnew/source/ADFRsuite-1.0.sh
cd ~/lustre1/singularity_images/autodock_test/plk1-2
time autodock4 -p 1tce-a.dpf

提交作业：

sbatch job-cnlong-c-nocontainer.srp

容器化与非容器化脚本都使用了 time，运行结束后会在 .err 文件中记录耗时。可以用下面命令快速对比：

grep -H -E "real|user|sys" ~/lustre1/singularity_images/autodock_test/*.err | cut -d'/' -f7-

输出示例：

autodock_test/autodock_test_nc_67944.err:real   50m24.680s
autodock_test/autodock_test_nc_67944.err:user   50m17.500s
autodock_test/autodock_test_nc_67944.err:sys    0m0.361s
autodock_test/autodock_test_sin_67946.err:real  50m5.471s
autodock_test/autodock_test_sin_67946.err:user  49m58.176s
autodock_test/autodock_test_sin_67946.err:sys   0m0.413s

• real = 实际耗时
• user = CPU 用户态时间
• sys = CPU 内核态时间

结果表明，容器化 与 非容器化 的运行时间差不多。