Paderborn Center for Parallel Computing

OpenMP Workshop

Sat, 28 Apr 2012 11:15:00 +0200

OpenMP provides a standard, well-known easy-to-use parallel programming  model for shared-memory multiprocessors and is supported by all major  compilers. However, it is sometimes being said that this is  not scalable enough for HPC. The goal of this tutorial is to educate programmers for better understanding of language characteristics and the implications of their decisions when choosing different parallelization patterns with OpenMP, both in terms  of correctness and performance. After reviewing key OpenMP concepts, we will  cover particularly tasking and the new features of OpenMP 3.1. A selection  of tools supporting OpenMP debugging and correctness analysis will be  presented as well. After the hands-on session, the tutorial will close with an outlook on upcoming features of OpenMP 4.0.

Christian Terboven is the deputy head of the HPC department at the Center  for Computing and Communication at RWTH Aachen University. His research  interests are centered around Parallel Programming, with a focus on shared-memory  architectures, paradigms, programming languages, and related software engineering aspects. Christian Terboven has been involved in the analysis,  tuning, and parallelization of several large-scale simulation codes for  various architectures. Since 2006, he is a member of the OpenMP Language  Committee. In this context he is involved in the Affinity subcommittee,  working on explicit support for NUMA architectures, and the Interoperability  and Compos-ability subcommittee, taking care of integration with other  parallel programming models and developments in the base languages. 

Please register for the workshop at pc2-sek@uni-paderborn.de until April, 23^rd .

The workshop is free of charge.

PC� Kolloquium: A Chemical Approach to Packet-Flow Engineering

Wed, 11 Apr 2012 11:41:00 +0200

Recent research towards the next-generation Internet has focused on packet flows and their management. OpenFlow, for example, aims at virtualizing the network and permits to configure flow paths on demand. In our research we focus on the dynamics of packet flows and propose a theory and framework to engineer such flows in a predictable way. Our theory is based on a simple chemical metaphor: We compare data packets to molecules in chemistry and adopt rules from chemical kinetics to the scheduling of packet queues. Our law-of-mass-action scheduler regulates how packet "reactions" are executed in the network's core. For example, some reactions let packets influence other packets across packet queues, which is an active extension to the current state of passive flow management. Within our chemical framework, we are able to make a direct link between the microscopic execution of this in-network code and the resulting macro-level dynamics of the protocol. We show examples ranging from distributed computation to rate limitation and congestion control. We then extend the flow concept to software execution itself: By organizing protocol code in a self-regenerating loop (code flow), we demonstrate that networking software is able to not only handle lost data packets but also to recover from the destruction of large parts of its own code.

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