Environnement interopérable distribué pour les simulations numériques avec composants CAPE-OPEN

Abstract

La complexité des applications numériques de calcul scientifique ne cesse de croître. Cette difficulté revêt alors deux formes. La première est une complexité logicielle qui nécessite l'intégration de divers codes de calcul toujours plus sophistiqués et spécialisés à la simulation de phénomènes physiques complexes. La seconde forme de complexité est calculatoire où les composants de calcul nécessitent toujours plus de ressources et de capacité de stockage afin de modéliser, entre autres, les phénomènes au plus proche de la physique réelle . Dans le domaine de la simulation des procédés assistée par ordinateur, la complexité logicielle est masquée par le standard CAPE-OPEN qui répond aux besoins d'intégration de codes tiers. Il propose des spécifications d'interfaces, basées sur une approche par composants logiciels tels que DCOM ou CORBA. Cette thèse apporte une solution à la complexité calculatoire. Pour cela, nous étudions le problème de la distribution de la charge de calcul des simulations des procédés sur des architectures de type grappe de calcul dont les composants sont au standard CAPE-OPEN. Une exécution distribuée performante requiert la distribution des activités concurrentes de l'application tout en minimisant le volume de données à échanger via le support de communication. Dans ce contexte, nous présentons une analyse fine du schéma d'exécution des simulations de procédés qui conduit à la conception de deux environnements distribués d'exécution. Le premier nous a permis de quantifier le gain atteignable sur une grappe de calcul à travers la simulation de plusieurs cas tests métier. Toutefois, les contraintes technologiques industrielles se sont avérées peu propices à l'implémentation d'un environnement distribué visant à s'approcher de l'optimal. Par conséquent, la définition d'un second prototype basé sur le moteur exécutif KAAPI a été mené à bien. Afin de répondre à nos besoins, nous l'avons étendu aux techniques statiques d'exécution. Fort de cet environnement, nous avons entrepris d'étudier différentes politiques d'ordonnancement. L'environnement KAAPI couplé à notre extension ouvre de larges perspectives d'études dans le cadre plus large des applications numériques de calcul scientifique.The complexity of numerical simulations has constantly grown by means of software and computation purposes. The former, the software complexity, is arising from specialized codes which aim at simulating complex physical phenomena. The latter, the computation complexity, is of general concern regarding scientific applications because approaching "real" physical behaviour requires more and more storage and power capacities. The CAPE-OPEN standard, in the process simulation area, provides a solution to the needs of tierce codes integration by hiding software complexity. As a consequence, interface specifications are set and software components such as DCOM or CORBA are used. In this work, we study the problem of computation load distribution over clusters which software components are CAPE-OPEN compliant. An efficient distributed execution needs to share concurrent activities from the application while minimizing exchanged data loads through the network. In this context, we present a tightly analysis of process simulations computational scheme that leads to the implementation of two computational distributed environments. The former is used to quantify the benefit on business test cases simulations over a cluster. Nevertheless, industrial technologies limit the optimization implementations necessary to reach the optimal. Then, the latter prototype has been implemented on top of KAAPI runtime. To come to our expectations, KAAPI is extended in order to manage "static" scheduling and various scheduling policies are studied. The KAAPI environment coupled with the extension that we develop is the first step to several experiments in the more general scope of numerical applications.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF