Verfahren und Werkzeuge zur Leistungsmessung, -analyse und -bewertung der Ein-, Ausgabeeinheiten von Rechensystemen

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Logos Verlag Berlin GmbH, 2010 - 170 pages
Die Leistungsfahigkeit moderner Rechensysteme erhoht sich stetig. Allerdings zeigen Untersuchungen, dass die Rechenleistung von Prozessoren starker steigt, als die Ein-/Ausgabeleistung zu den Sekundarspeichern, auf denen die Daten zur Berechnung abgelegt werden. Dies fuhrt dazu, dass Prozessoren zukunftig nicht ihr gesamtes Rechenpotential ausschopfen konnen, da sie auf Daten der Sekundarspeicher warten mussen. Damit die Leistung der Speicher nicht zu einem leistungsbegrenzenden Faktor des gesamten Systems wird, ist die Leistungsanalyse und -optimierung der Sekundarspeicher notwendig. Die Leistungsmessung von Sekundarspeichersystemen wird typischerweise mit Softwarewerkzeugen durchgefuhrt, die eine Last auf dem Sekundarspeicher erzeugen und anhand dieser Last eine Leistungsermittlung durchfuhren. Diese sogenannten I/O-Benchmarks haben zahlreiche Probleme, die im Rahmen dieser Dissertation aufgezeigt und gelost werden. Es wird ein neuer Ansatz entwickelt, der realitatsnahes, nutzerrelevantes, vergleichbares und dennoch einfaches I/O-Benchmarking insbesondere in Hinblick auf die Leistungsermittlung beim Zugriff auf Sekundarspeicher mittels der MPI-IO-Schnittstelle ermoglicht. Ausgehend von den notwendigen Schritten bei der Leistungsanalyse wird eine neue Benchmark-Architektur entwickelt, die insbesondere Losungen fur die gefundenen Probleme der geringen Reprasentativitat von Benchmarkergebnissen und der fehlenden Nutzerunterstutzung beim Benchmarking bietet und damit uber vorhandene Arbeiten in diesem Themenbereich deutlich hinausgeht. Es wird ein Benchmark-System erstellt, das nutzerrelevante Ergebnisse ermittelt, indem es dem Nutzer ermoglicht, das Lastverhalten MPI-IO-basierter Applikationen als Messgrundlage zu verwenden. Ausserdem wird eine realitatsnahe und einfach nutzbare I/O-Lastbeschreibung prasentiert, deren Moglichkeiten existierende I/O-Lastbeschreibungen in Hinblick auf Genauigkeit bei Verwendung komplexer paralleler I/O-Lasten ubersteigen. Die Funktionsfahigkeit und Genauigkeit des I/O-Benchmarking-Ansatzes wird mit Messungen anhand von Beispielapplikationen gezeigt.
 

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Contents

Einleitung
1
Grundlagen Stand der Forschung
11
Methoden der Leistungsanalyse von IOSystemen
47
Realisierung der PRIOmarkToolchain
97
PRIOmark im Messeinsatz
123
Zusammenfassung und Ausblick
137
Copyright

Common terms and phrases

Abbildung Abschnitt aktuellen Analyse Anforderungen anhand Anteil Anzahl Applikation applikationsbasierten Applikationslast Arbeit asynchronen aufgrund b_eff_io Bench Benchmarking Benchmarks Beschreibung beschrieben besitzen Bewertung bspw Bytes Caches collFrac contMean Datei Dateieinheit Dateisystem Dateisysteme Dateizeiger Daten Datenspeicher definieren definiert Definition durchführen durchgeführt Einfluss einzelnen entsprechenden Ergebnisse ermittelt Erstellung Folgenden gibt Granularität Größe Grundlage häufig Hauptspeicher Hochleistungsrechner hohe I/O-Anforderungen I/O-Anfrage I/O-Arbeitspunkt I/O-Benchmarks I/O-Last I/O-Leistung I/O-Operation I/O-Profiler I/O-Requests I/O-Schnittstellen I/O-Systems I/O-Verhalten I/O-Workload I/O-Workload-Raum I/O-Zugriffe Implementierung Inode IOzone iteration komplexen Komplexität Komponenten Last Lastbeschreibung Lastgenerator Lastmodell Lastparameter Lastverhalten Leistung Leistungsanalyse Leistungseinfluss lesend Messergebnisse Messungen Metrik Modell möglich MPI-IO muss noncontiguous I/O Nutzer Nutzerunterstützung NWChem paralleler Applikationen Parameter Performance Phase Pipelining plikationen POSIX-I/O PRIOmark Probleme processNum Prozesse Prozessoren PVFS readFrac Rechensystems Repräsentativität Sekundärspeicher seqFrac sequentiell sequentielle Zugriffe sharedFrac sizeMean Speicher Speicherhierarchie Storage Area Network syncFrac System Systems uniqueBytes unterschiedlichen Unterstützung Vermessung verschiedene verwenden verwendet Virtual File System vorgestellt Webserver Werkzeuge Wertebereich Workload Workload-Raumes Workstation Zugriffe Zugriffsfunktionen Zugriffsmuster

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