Paderborn Center for Parallel Computing

PC� Kolloquium: Herausforderungen der Bereitstellung cloud-basierter Infrastrukturen

Tue, 17 Jan 2012 12:53:00 +0100

Cloud Computing realisiert ein neues Paradigma f�r die Bereitstellung und Nutzung von IT-Diensten. Dem Service-Gedanken folgend k�nnen Kunden on-demand Dienste in nahezu jeder Gr��enordnung abrufen, die von Anbietern �ber das Internet bereitgestellt werden. Dies erm�glicht die Realisierung innovativer Dienste, neuer Verfahren der Datenverarbeitung oder neuer Konzepte der Kollaboration. Da nur f�r tats�chlich genutzte Leistungen gezahlt werden muss, wird durch Cloud Computing zudem h�ufig eine h�here Kosteneffizienz im Vergleich zum Eigenbetrieb der Dienste erzielt. Allerdings bedeutet Cloud Computing auch einen Kontrollverlust f�r den Kunden, da er keinen Einfluss darauf hat, wie sein Dienst realisiert oder wie in Ausnahmesituationen vorgegangen wird. Dieser Vortrag wird Herausforderungen auf den verschiedenen Ebenen des Cloud Computing aufzeigen und wie diesen beispielsweise mit Hilfe von Service Level Agreements begegnet werden kann.

PC� Kolloquium:Virtualisierung und Daten-Intensive Systeme in Hochleistungsumgebungen

Tue, 17 Jan 2012 12:49:00 +0100

Die Virtualisierung hat vielerlei Einfl�sse auf die moderne Server-Welt, in der Datenhaltung und Datenverarbeitung ein integraler Bestandteil ist. In diesem Vortag werden verschiedene Aspekte der Virtualisierung Daten-intensiver Systeme n�her betrachtet, wie z.B. OLTP Datenbanken oder Spalten-orientierte Datenbanksysteme. Die Virtualisierungstechnologie erlaubt es virtualisierte Systeme mit unterschiedlichen Last-Anforderungen zu kombinieren. Aus diesem Grund sind die Fragen nach Benchmarking, Optimierung und der Last-abh�ngigen, automatisierten Zuweisung von Virtuellen Ressourcen sehr relevant. Zus�tzlich wird der Einfluss neuer Hardware-Technologien auf die Virtualisierung betrachtet.

PC� Kolloquium: User-space Scheduling for Heterogeneous Systems under Linux

Wed, 07 Dec 2011 08:57:00 +0100

Applications that exploit accelerator hardware are governed by an individual, technology- specific software interface. No coordination or balancing between different devices is currently possible for these tasks, as up to date versions of the Linux operating sys- tem kernel lack native support for scheduling accelerator-based heterogeneous systems. Equipping systems with accelerators is a recent trend, evident in research, industry and even in supercomputing, and thus finding a way to support scheduling applications to heterogeneous resources this is a relevant issue.

This thesis proposes a user-space scheduler that controls accelerator-occupation for registered tasks. A novel API makes a calling application subject to the decisions of this scheduler that runs as a user-space process. It enables task migration across hardware boundaries to support load balancing and time sharing of resources by employing coop- erative multitasking. An evaluation shows that scheduling heterogeneous resources from user-space is possible and can allow for sufficient scheduling frequencies while maintaining a low CPU-consumption. Two test implementations demonstrated increased

application performance and reduced average job turnaround times on a test system with multiple Intel CPUs and a general-purpose GPU by NVIDIA.

PC2 Kolloquium: Leistungssteigerung von EXT2 Dateisystemen durch Separation der Metadaten

Fri, 15 Jul 2011 13:17:00 +0200

Viele Dateisysteme verwalten neben den zu speichernden Daten auch strukturelle Informationen, welche als Metadaten bezeichnet werden. Die bei jedem Zugriff erforderliche Bearbeitung und Aktualisierung der Metadaten f�hrt gerade bei Einsatz traditioneller magnetischer Festplatten h�ufig zu erheblichen Leistungsverlusten. Um dem entgegen zu wirken wird im Zuge dieser Arbeit ein Treiber f�r den Linux Kernel vorgestellt, welcher mittels Bereitstellung eines virtuellen Block-Ger�ts die Separation von Meta- und Nutzdaten eines ext2 Dateisystems auf zwei verschiedene Laufwerke oder Partitionen erlaubt. Aufgrund der Struktur des ext2 Dateisystems k�nnen fast alle Metadaten nur mit Wissen �ber den Superblock leicht identifiziert werden. Durch Auswertung einiger einfacher Benchmarks wurde festgestellt, dass durch eine Separation dieser Metadaten auf eine Solid-State Disk in vielen Situationen die Leistung des Dateisystems signifikant verbessert werden kann. Eine Modifikation oder Anpassung von den auf das Dateisystem zugreifenden Programmen ist dabei nicht n�tig.

PC2 Kolloquium: Automated provisioning of virtual machines in a cloud environment

Tue, 05 Jul 2011 09:52:00 +0200

One of the most challenging problems for data centers is the cost efficient utilization of hardware and software resources. Large data centers have a considerable interest in autonomic resource management solutions which reduce the degree of human intervention in provisioning processes. One of the challenges facing the SaaS providers is to ensure predefined performance goals (Service Level Objectives) in a stochastic environment. Various attributes like application parameters and the sharing of resources affect the overall performance behavior of a service in an unpredictable way. The purpose of this thesis is to describe and examine a machine learning approach based on Support Vector Machines (SVM) that can deal with unpredictable workload fluctuations in a horizontal scaling scenario and ensure a predefined performance goal (SLO) is met.

Start des BMBF-Forschungsprojekts �ENHANCE� an der Universit�t Paderborn

Mon, 06 Jun 2011 23:32:00 +0200

Supercomputer werden aus tausenden einzelnen Computern aufgebaut, die �ber ein sehr schnelles Netzwerk miteinander verbunden sind. Die einzelnen Knoten nutzen dabei nicht mehr nur traditionellen Prozessoren, sondern rechnen vermehrt auf aus Grafikkarten bekannten Bausteinen oder auf Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), deren innere Strukturen f�r jede Anwendung neu optimiert werden k�nnen. Erst durch die Nutzung dieser Beschleuniger wird es m�glich, Herausforderungen unseres t�glichen Lebens wie den Klimawandel oder Krankheitsverl�ufe genau genug nachzubilden, um Probleml�sungsans�tze zu gewinnen. Leider k�nnen Beschleuniger nicht genauso �einfach� programmiert werden, wie Software-Entwickler dieses f�r traditionelle Rechner gelernt haben. Das Projekt �Enabling Heterogeneous Hardware Acceleration using Novel Programming and Scheduling Models� (ENHANCE) entwickelt in den n�chsten zweieinhalb Jahren daher Ans�tze, die eine Integration dieser heterogenen Komponenten in den Software-Entwurfsprozess deutlich vereinfachen werden. Die Aufgabe wird von einem bundesweiten Konsortium aus Forscherteams und Industriepartnern angegangen. Die Leitung des Projekts �bernimmt das Paderborn Center for Parallel Computing (PC�), ein Institut der Universit�t Paderborn, das sich insbesondere mit parallelem und verteiltem Rechnen besch�ftigt. Prof. Dr.-Ing. Andr� Brinkmann, Projektleiter von ENHANCE, spricht die Rolle dieser Systeme an: �K�nftige Rechnersysteme mit heterogenen Komponenten werden nach heutigen Standards Hochleistungsrechner, aber kleiner, kompakter und energieeffizienter sein. Derartige Rechnersysteme werden f�r kleine und mittlere Unternehmen, die selbst keine Supercomputer-Ressourcen besitzen, wichtige Innovationsfaktoren werden. Die effiziente Zusammenschaltung dieser Systeme aber erbringt eine Rechenleistung, mit denen dr�ngende Umwelt- und Gesundheitsprobleme gel�st werden k�nnen�. ENHANCE wird vom Bundesministerium f�r Bildung und Forschung (BMBF) mit 1,5 Millionen Euro unterst�tzt und ist eines von 12 neuen Projekten auf Bundesebene zum Thema �HPC-Software f�r skalierbare Parallelrechner� im Rahmen des F�rderprogramms �IKT 2020 � Forschung f�r Innovationen�. Neben der Universit�t Paderborn sind auch Forscher des Konrad-Zuse-Zentrum f�r Informationstechnik Berlin (ZIB), des Fraunhofer-Institut f�r Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen (SCAI) Sankt Augustin, des Center for Biotechnology der Universit�t Bielefeld (CeBiTec), sowie der industriellen Anwendungspartner TWT GmbH Science & Innovation Neuhausen, tms technisch-mathematische studiengesellschaft mbh Bonn und GETLIG & Tar GbR Falkensee beteiligt.

EDGI - Draft Press Release Vilnius

Wed, 04 May 2011 13:03:00 +0200

Attached, please find the press release draft on the EDGI demonstration in Vilnius in PDF format.

PC2 Kolloquium: Evaluation of Java-based Filesystems

Thu, 28 Apr 2011 14:22:00 +0200

Java is one of the most popular programming languages and popular in teaching at universities. Despite its popularity Java software is rare for operating system related software. In the view of the tremendous performance offered by current desktop computers it is due to challenge what is still the domain of native C programs: filesystems. This thesis presents a Java wrapper of the FUSE lowlevel API (jlowfuse), which enables filesystem development using Java and a simple FUSE like API. Ontop of that a Java implementation of the second extended filesystem, called jext2, was done. Using jext2 and other, existing ext2 implementations, performance benchmarks were conducted to evaluate the posibilities of Java-based filesystems

PC2 Kolloquium: Performance Modeling and Analysis in High-Performance Reconfigurable Computing

Thu, 28 Apr 2011 14:19:00 +0200

Rekonfigurierbares Rechnen hat in den vergangenen Jahren einen hohen Grad an Aufmerksamkeit erhalten. Wissenschaftler zeigten Beschleuniger f�r unterschiedliche Klassen von Algorithmen, die Geschwindigkeitssteigerungen von mehreren Gr��enordnungen erreichten. Die Bedeutung von rekonfigurierbarem Rechnen l�sst sich auch daran erkennen, dass namhafte Anbieter von Hochleistungsrechnern Systeme mit rekonfigurierbarer Hardware, die eng an die CPU und das Speichersystem gekoppelt ist, entwickelten. Ein besonderer Schwerpunkt der Forschung liegt in der Programmierbarkeit solcher rekonfigurierbarer Rechner. Trotz nennenswerten Ergebnissen auf diesem Gebiet existieren allerdings weiterhin einige Herausforderungen, die den Entwicklungsprozess rekonfigurierbarer Beschleuniger zeitaufw�ndig und fehleranf�llig machen. In diesem Vortrag wird eine neue Modellierungsmethode eingef�hrt, die die Spezifikation von Algorithmen unterst�tzt, welche auf heterogenen Systemen, die sowohl aus CPUs als auch aus rekonfigurierbarer Hardware bestehen, ausgef�hrt werden sollen. Im Gegensatz zu existierenden Modellierungsans�tzen basiert die vorgestellte Methode nicht auf einem statischen Modell der Zielarchitektur, sondern erm�glicht die gleichzeitige Entwicklung von Ausf�hrungs- und Architekturmodell. Ein besonderer Schwerpunkt wird dabei auf die f�r Datentransfers ben�tigte Zeit gelegt. Weiterhin wird das IMORC-Architekturtemplate vorgestellt, welches den Entwickler bei der Implementierung der zuvor modellierten Architektur unterst�tzt. Es werden Methoden vorgestellt, um die Leistungsf�higkeit der entworfenen Architektur zur Laufzeit zu analysieren und die entworfenen Modelle anhand der gewonnenen Daten zu optimieren. Die Anwendbarkeit der vorgestellten Methoden wird dar�ber hinaus anhand einer Fallstudie demonstriert.

PC2 Kolloquium: Verfahren zur redundanten Datenplatzierung in skalierbaren Speichernetzen

Thu, 28 Apr 2011 14:15:00 +0200

Moderne Datenzentren sind mit einer rasant wachsenden Menge an Daten konfrontiert, welche sie mit immer h�herer Geschwindigkeit hochverf�gbar speichern m�ssen. Daher brauchen sie Speichersysteme, welche mit ihren Anforderungen wachsen. Zunehmend werden dazu Speichernetze eingesetzt, in welchen Datenserver einen virtuellen Speicher �ber Festplatten erzeugen. Dabei ist die Last des virtuellen Speichers so zu verteilen, dass die physikalischen Festplatten optimal genutzt werden. Um Ausf�lle kompensieren zu k�nnen ist es n�tig, Daten redundant zu speichern. Die Verfahren zur Datenverteilung m�ssen diesen Anforderungen gerecht werden. Einen wichtigen Beitrag liefern hier pseudorandomisierte Hashfunktionen. Innerhalb dieser Arbeit gehe ich auf verschiedene Speichersysteme ein. Speziell untersuche ich Speichernetze, welche aus Datenservern mit lokalen Festplatten bestehen. F�r diese zeige ich, wie sie bei verschiedenen Arten der Datenverteilung skalieren. Leider wird keines der betrachteten Speichersysteme allen Anforderungen gerecht. Als L�sung stelle ich das Verfahren Redundant Share vor, welches alle Anforderungen erf�llt. Mittels Redundant Share kann eine beliebige Anzahl an Kopien der Daten des virtuellen Speichers wie gefordert verteilt werden. Gleichzeitig erfordert das Hinzuf�gen neuer Festplatten einen begrenzten Aufwand. Abschlie�end vermesse ich eine Implementierung von Redundant Share und vergleiche die Ergebnisse mit anderen Verteilern.