Perspektiven der parallelen ereignisgesteuerten Simulation am Beispiel von Warteschlangen

Simulation ist ein wirkungsvolles Hilfsmittel zur Analyse komplexer, nicht vollständig mathematisch analysierbarer Zusammenhänge, das mittlerweile in weiten Bereichen von Wissenschaft und Technik Anwendung gefunden hat. Leider erwiesen sich dabei die in der Praxis auftretenden Simulationen als äußerst zeitaufwendig. Daher liegt es nahe zu untersuchen, in wieweit sich Simulationen durch "Supercomputer" beschleunigen lassen. Diese Arbeit beschäftigt sich speziell mit der Parallelisierung ereignisgesteuerter Simulationen. Die ersten Ansätze zur Parallelisierung dieser Klasse von Simulationen liegen bereits mehr als zehn Jahre zurück. In dieser Zeit entstanden zwar zahlreiche konzeptionelle Arbeiten und kleinere Prototypen, jedoch wurde der Frage "Lohnt sich die Parallelisierung ereignisgesteuerter Simulationen?" bisher kaum systematisch nachgegangen. Die vorliegende Arbeit untersucht dies am Beispiel der Simulation von Warteschlangennetzen. Ausgehend von einem mathematisch definierten Begriff des Simulationsmodells werden dabei zunächst die besonderen Anforderungen an ein "parallelisierbares" Modell exakt definiert, die bisher entwickelten Parallelisierungsansätze systematisch dargestellt sowie die Modellwelt und die Komponenten des eigens für diese Arbeit entwickelten Testbetts DISQUE vorgestellt. Mit diesem Testbett werden anschließend mit Hilfe von umfangreichen Messungen die Probleme bei der Realisierung eines effizienten parallelen Simulators aufgezeigt und bezüglich ihrer Bedeutung gewichtet. Hierzu wird eine Folge von teils real durchgeführten, teils aus Meßdaten berechneten, hypothetischen Simulationsläufen entwickelt, die immer realistischer werdende Sichten auf einen parallelen Simulationslauf darstellen. Die Differenz der Laufzeiten zweier Simulationsläufe der Folge ergibt dann ein Maß für die Bedeutung des zusätzlich berücksichtigten Aspekts. Weiterhin werden verschiedene parallele Synchronisationsstrategien bei der parallelen, ereignisgesteuerten Simulation bezüglich ihrer Effizienz miteinander verglichen. Den Abschluß dieser Arbeit bildet eine Zusammenfassung aller Einzelresultate im Hinblick auf den Beitrag, den die Ergebnisse dieser Arbeit zu der eingangs gestellten Frage liefern. Es zeigt sich dabei, daß zwar in Einzelfällen eine effektive Parallelisierung ereignisgesteuerter Simulationen durchaus möglich ist, sich jedoch bedingt durch die feine Granularität der meisten Anwendungen parallele, ereignisgesteuerte Simulation wohl nicht auf breiter Front durchsetzen wird.Liegt nicht vor

Jahresbericht 2006 zur kooperativen DV-Versorgung

:VORWORT 9 ÜBERSICHT DER INSERENTEN 12 TEIL I ZUR ARBEIT DER DV-KOMMISSION 15 MITGLIEDER DER DV-KOMMISSION 15 ZUR ARBEIT DES LENKUNGSAUSSCHUSSES FÜR DAS ZIH 17 TEIL II 1 DAS ZENTRUM FÜR INFORMATIONSDIENSTE UND HOCHLEISTUNGSRECHNEN (ZIH) 21 1.1 AUFGABEN 21 1.2 ZAHLEN UND FAKTEN (REPRÄSENTATIVE AUSWAHL) 21 1.3 HAUSHALT 22 1.4 STRUKTUR / PERSONAL 23 1.5 STANDORT 24 1.6 GREMIENARBEIT 25 2 KOMMUNIKATIONSINFRASTRUKTUR 27 2.1 NUTZUNGSÜBERSICHT NETZDIENSTE 27 2.1.1 WiN-IP-Verkehr 27 2.2 NETZWERKINFRASTRUKTUR 27 2.2.1 Allgemeine Versorgungsstruktur 27 2.2.2 Netzebenen 27 2.2.3 Backbone und lokale Vernetzung 28 2.2.4 Druck-Kopierer-Netz 32 2.2.5 Funk-LAN (WLAN) 32 2.2.6 Datennetz zwischen den Universitätsstandorten und Außenanbindung 33 2.2.7 Datennetz zu den Wohnheimstandorten 36 2.3 KOMMUNIKATIONS- UND INFORMATIONSDIENSTE 38 2.3.1 Electronic-Mail 38 2.3.1.1 Einführung einheitlicher E-Mail-Adressen an der TU Dresden 39 2.3.1.2 Einführung funktionsbezogener TU-Mail-Adressen 40 2.3.1.3 ZIH verwaltete Nutzer-Mailboxen 40 2.3.1.4 Web-Mail 41 2.3.2 WWW 41 2.3.3 Wählzugänge 43 2.2.4 Time-Service 43 3 ZENTRALE DIENSTANGEBOTE UND SERVER 45 3.1 BENUTZERBERATUNG (BB) 45 3.2 TROUBLE TICKET SYSTEM (TTS) 45 3.3 NUTZERMANAGEMENT 46 3.4 LOGIN-SERVICE 47 3.5 STORAGE-MANAGEMENT 47 3.5.1 Backup-Service 50 3.5.2 File-Service 52 3.6 LIZENZ-SERVICE 54 3.7 PERIPHERIE-SERVICES 54 3.8 PC-POOLS 55 3.9 SECURITY 56 4 SERVICELEISTUNGEN FÜR DEZENTRALE DV-SYSTEME 59 4.1 ALLGEMEINES 59 4.2 PC-SUPPORT 59 4.2.1 Investberatung 59 4.2.2 Implementierung 59 4.2.3 Instandhaltung 59 4.2.4 Notebook-Ausleihe 60 4.3 MICROSOFT WINDOWS-SUPPORT 60 4.4 ZENTRALE SOFTWARE-BESCHAFFUNG FÜR DIE TU DRESDEN 66 4.4.1 Arbeitsgruppentätigkeit 66 4.4.2 Strategie des Software-Einsatzes an der TU Dresden 67 4.4.3 Software-Beschaffung 67 5 HOCHLEISTUNGSRECHNEN 75 5.1 HOCHLEISTUNGSRECHNER/SPEICHERKOMPLEX (HRSK) 75 5.1.1 HRSK-Neubau 76 5.1.2 SGI Altix 3700 (Stufe 1a) 76 5.1.3 SGI Altix 4700 77 5.1.4 Linux Networx PC-Farm (Stufe 1a) 78 5.1.5 Linux Networx PC-Farm 79 5.2 NUTZUNGSÜBERSICHT DER COMPUTE-SERVER 80 5.2.1 SGI Origin 3800 82 5.2.2 NEC SX6i 82 5.2.3 SGI Origin 2800 83 5.2.4 Anwender-Cluster 84 5.3 BIODATENBANKEN-SERVICE 84 5.4 ANWENDUNGSSOFTWARE 85 5.5 VISUALISIERUNG 85 5.6 PERFORMANCE TOOLS 86 6 WISSENSCHAFTLICHE KOOPERATION, PROJEKTE 89 6.1. DAS PROJEKT „KOMPETENZZENTRUM FÜR VIDEOKONFERENZDIENSTE“ 89 6.1.1 Überblick 89 6.1.2 Aufgaben und Entwicklungsarbeiten 89 6.1.3 Neuer Webauftritt 91 6.1.4 Weitere Aktivitäten 91 6.1.5 Der Dienst „DFNVideoConference“ - Mehrpunktkonferenzen im G-WiN 92 6.1.6 Tendenzen und Ausblicke 93 6.2 D-GRID 93 6.2.1 Hochenergiephysik Community Grid (HEP CG) - Entwicklung von Anwendungen und Komponenten zur Datenauswertung in der Hochenergiephysik in einer nationalen e-Science-Umgebung 93 6.2.2 MediGRID - Ressourcefusion für Medizin und Lebenswissenschaften 94 6.2.3 D-Grid Integrationsprojekt 94 6.2.4 Chemomentum 95 6.3 BIOLOGIE 95 6.3.1 BISON (Biologie-inspirierte Techniken zur Selbstorganisation in dynamischen Netzwerken) 95 6.3.2 Verständnis der molekularen Grundlage der Biogenese und Funktion der Endocytose 96 6.3.3 Mathematische Modellierung und Computersimulation des Tumorwachstums und Therapien 96 6.3.4 Entwicklung eines SME-freundlichen Zuchtprogramms für Korallen 97 6.3.5 Analyse raum-zeitlicher Musterbildung von Mikroorganismen 97 6.3.6 Regeneration beim Axolotl 97 6.3.7 Entwicklung und Analyse von stochastischen Interagierenden Vielteilchen-Modellen für biologische Zellinteraktion 98 6.3.8 Kompetenznetzwerk MTBio 98 6.4 PERFORMANCE EVALUIERUNG 98 6.4.1 Automatisches Auffinden von Performance-Engpässen in parallelen 98 Programmen unter Zuhilfenahme ihrer Tracedaten 6.4.2 SFB 609: Elektromagnetische Strömungsbeeinflussung in Metallurgie, Kristallzüchtung und Elektrochemie - Teilprojekt A1: Numerische Modellierung turbulenter MFD-Strömungen 99 6.5 HERSTELLERKOOPERATIONEN 100 6.5.1 Intel-Kooperation 100 6.5.2 NEC-Kooperation 100 7 AUSBILDUNGSBETRIEB UND PRAKTIKA 101 7.1 AUSBILDUNG ZUM FACHINFORMATIKER/FACHRICHTUNG ANWENDUNGSENTWICKLUNG 101 7.2 PRAKTIKA 101 8 AUS- UND WEITERBILDUNGSVERANSTALTUNGEN 103 9 VERANSTALTUNGEN 105 10 PUBLIKATIONEN 107 TEIL III BERICHTE DER ZENTRALEN EINRICHTUNGEN UND DER ZENTRALEN UNIVERSITÄTSVERWALTUNG AUDIO-VISUELLES MEDIENZENTRUM (AVMZ) 113 LEHRZENTRUM SPRACHEN UND KULTURRÄUME (LSK) 121 UNIVERSITÄTSARCHIV 125 ZENTRALE UNIVERSITÄTSVERWALTUNG 127 MDC 129 BIOTECHNOLOGISCHES ZENTRUM (BIOTEC) 131 TEIL IV BERICHT DER SÄCHSISCHEN LANDESBIBLIOTHEK - STAATS UND UNIVERSITÄTSBIBLIOTHEK DRESDEN 13

Ein Modell zur effizienten Parallelisierung von Algorithmen auf komplexen, dynamischen Datenstrukturen

Moderne berechnungsintensive Algorithmen, beispielsweise adaptive numerische Lösungsverfahren für partielle Differentialgleichungen, arbeiten oftmals auf komplexen, dynamischen Datenstrukturen. Die Implementierung solcher Algorithmen auf Parallelrechnern mit verteiltem Speicher mittels Datenpartitionierung wirft zahlreiche Probleme auf (z.B. Lastverteilung). Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das neue parallele Programmiermodell Dynamic Distributed Data (DDD) entwickelt, durch das die Parallelisierungsarbeit vom Design der verteilten Datenstrukturen bis hin zur Erstellung des portablen, parallelen und effizienten Programmcodes unterstützt wird. Dem DDD-Konzept liegt ein graphbasiertes formales Modell zugrunde. Dabei wird die Datenstruktur des jeweiligen Programms (z.B. unstrukturierte Gitter) formal auf einen verteilten Graphen abgebildet, der aus mehreren lokalen Graphen besteht. Das formale Modell dient als Spezifikation des Programmiermodells und gleichzeitig zur Definition der wichtigen in dieser Arbeit verwendeten Begriffe. Der Systemarchitektur von DDD-basierten Anwendungen liegt ein Schichtenmodell zugrunde, den Kern stellt dabei die DDD-Programmbibliothek dar. Diese bietet Funktionen zur dynamischen Definition verteilter Datentypen und zur Verwaltung lokaler Objekte. In den Überlappungsbereichen der lokalen Graphen stehen abstrakte Kommunikationsfunktionen in Form von sog. Interfaces zur Verfügung. Die wesentliche Neuerung gegenüber nahezu allen bestehenden Arbeiten ist jedoch die Möglichkeit zur dynamischen Veränderung des verteilten Graphen; dies ermöglicht es beispielsweise, dynamische Lastverteilung oder Gittergenerierungsverfahren einfach und effizient zu implementieren. Damit können beliebig komplexe Datentopologien dynamisch erzeugt, migriert und wieder entfernt werden