Adaptive Steuerung
der Lastverteilung
datenparalleler Anwendungen
in Grid-Umgebungen
Dissertation
von
Sabina Rips
Schriftliche Arbeit zur Erlangung des Grades
eines Doktors der Naturwissenschaften
Fakult¨
at f¨
ur Elektrotechnik, Informatik und Mathematik
der Universit¨
at Paderborn
Paderborn, Juni 2006
Meiner Tochter Saskia
Kurzfassung
Simulationstechniken haben einen immer h¨
oheren Stellenwert in Industrie und
Wissenschaft. Ihre hohe Komplexit¨
at wird oft durch den Einsatz von Parallel-
rechnern bew¨
altigt. Durch Simulation immer komplexerer Sachverhalte reichen
selbst diese oftmals nicht aus, um effizient Berechnungen durchf¨
uhren zu k¨
onnen.
Umgebungen wie das Grid, in dem eine Vielzahl von leistungsstarken Ressourcen
gekoppelt sind, stellen daf¨
ur eine geeignete Plattform bereit.
Die Simulationsprogramme, entwickelt f¨
ur eine homogene Umgebung, wie sie
ein Parallelrechner darstellt, weisen jedoch Defizite auf, wenn eine heterogene
und dynamische Umgebung wie das Grid genutzt werden soll. Dieses betrifft
insbesondere die Lastverteilung, die eine effiziente Ressourcenausnutzung und
damit auch kurze Laufzeiten erm¨
oglicht.
Das Ziel dieser Arbeit war daher, eine Lastverteilungssteuerung f¨
ur Grid-
Umgebungen zu entwickeln, die Anwenderprogramme und deren Lastvertei-
lungswerkzeuge unterst¨
utzt, die Heterogenit¨
at und Dynamik des Grids zu nut-
zen.
Daf¨
ur wurden Methoden entwickelt und evaluiert, die durch Monitoring
die Umgebung abtasten und analysieren und auf Basis dieser gewonnenen In-
formationen die Kommunikationsstruktur der Umgebung ebenso wie die Lei-
stungsf¨
ahigkeit der Recheneinheiten erfassen und f¨
ur Lastverteilung verwerten.
Dabei wird der Heterogenit¨
at der Recheneinheiten dadurch Rechnung getra-
gen, dass ihre Leistungsf¨
ahigkeit zur Laufzeit gemessen und die optimale Last
entsprechend dieser Ergebnisse ermittelt wird.
Die Kommunikationsverbindungen werden ber¨
ucksichtigt, indem Last m¨
og-
lichst nur zwischen Recheneinheiten mit schnellen Verbindungen umverteilt wird,
sofern dieses zu einem ausreichenden Lastgleichgewicht des kompletten Systems
f¨
uhrt. Hierf¨
ur wird eine hierarchische Struktur benutzt, die zur Laufzeit ermit-
telt wird und den aktuellen Netzwerkzustand repr¨
asentiert.
Sowohl der Aufbau dieser Hierarchie als auch Lastverteilungsentscheidungen
werden verteilt getroffen, ohne Einsatz einer zentralen Instanz, was Ausfallsi-
cherheit und Skalierbarkeit unterst¨
utzt.
Eine Umsetzung und Validierung des Konzepts wurde durch das Werkzeug
mLB (meta Load Balancer) realisiert.
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