Performanzanalyse und Optimierung einer verteilten Multi-Physik Simulationssoftware

Abstract

Für die Welt der Multi-Physik-Simulationen wurde die Simulationssoftware PreCICE entwickelt um dem Problem der steigenden Anforderungen und der steigenden Komplexität der Simulationen mit dem Teile-und-Herrsche-Prinzip zu begegnen. Das heißt es lassen sich zwei getrennt entwickelte und getrennt laufende Löser über PreCICE verbinden. Bei der Optimierung der Kommunikation zwischen Lösern sind im Bereich der Kommunikationserstellung Performanz-Probleme festgestellt worden. Ausgehend vom Verbindungsaufbau zwischen Kopplungspartnern von PreCICE wurden weitergehende Untersuchungen bezüglich möglicher Probleme im Kommunikationsaufbau und der Kommunikation zwischen Prozessen angestellt. Als mögliches Problem wurde der Austausch der Portnamen über das Dateisystem ausgemacht. Zur Durchführung einfacher Tests wurde die Referenzimplementierung in einem Testprogramm nachgebaut und Ansatz 0 genannt. Als alternative Austauschmöglichkeit wurde in das Testprogramm der Austausch der Portnamen über einen Nameserver als Ansatz 1 implementiert. Ansatz 2 war wegen zu hohem Aufwand nur theoretisch durchdacht worden, er würde den Austausch über Master-Prozesse vorsehen. Mit dem Ansatz 3 wurde der Verbindungsaufbau über nur noch einen Inter-Kommunikator für alle Verbindungen vorgesehen, anstatt für jede benötigte Verbindung einen separaten Inter-Kommunikator zu erstellen. Zum Vergleich der Ansätze wurden Testreihen auf beiden Referenzsystemen durchgeführt. Die Ergebnisse der Tests zeigen, dass anhand der Zahlen keinem der Ansätze ein Vorrang eingeräumt werden kann. Als vielversprechendster Ansatz galt die Ersetzung der einzelnen Inter-Kommunikatoren zwischen Prozessen durch einen einzigen für alle Prozesse (Ansatz 3). Zu den Herausforderungen in der Zukunft zählt sicher die Entscheidung, ob und wenn ja wie der Ansatz 3 in PreCICE eingebaut werden soll. Dies erfordert dann wiederum weitere Untersuchungen über die Leistungsfähigkeit des Ansatzes. Um eventuelle Performanz-Probleme langfristig beseitigen zu können, sollten die entsprechenden Stellen der Referenzsysteme informiert werden.