BOINC activities at CERN (April 2006) - CNL

CNL

Использование BOINC в CERN

BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing) [1] это программная платформа для распределенных вычислений с открытым исходным кодом, которая использует добровольно предлагаемые вычислительные ресурсы. Она использует неактивные циклы центрального процессора, участвующих ПК, для выполнения научных расчетов.

Компоненты

BOINC представляет собой специализированную вычислительную сеть (Grid), которая подходит для выполнения прикладных программ, являющихся "псевдо параллельными", таким образом, что вычисления распределяются среди тысяч машин, которые не общаются друг с другом. Такая конфигурация идеальна для вычисления емких задач с небольшими требованиями к операциям ввода/вывода. Однако, конфигурация BOINC достаточно проста и требует только одного сервера, хотя вычисления могут быть распределены на несколько машин для повышения производительности.

Приложения, которые выполняются в BOINC-проектах, должны иметь общественную привлекательность, чтобы участники хотели предлагать свои ресурсы. Важная часть этого вида проектов - дать обществу ощущение прямого участия в научных проектах. Часто разрабатываются привлекательные скринсейверы, а также система ранжирования на основе полученных кредитов (очков - Прим. перев.) для пользователей.

Сайт проекта LHC@home

Успешные проекты

Первым проектом, выполняющемся на BOINC был известный SETI@home, анализирующий данные, полученные от радиотелескопов, которые ищут внеземные сигналы. Проект произвел более 9 миллионов лет объединенных процессорных вычислений и задействовал более 5 миллионов, предоставленных добровольцами ЦПУ. Теперь BOINC используется во многих проектах в таких областях как физика, медицина и предсказания климата.

Одним их ведущих BOINC-проектов является LHC@home в CERN's (Европейском Центре Ядерных Исследований - Прим. перев.) [2,3]. Его первым приложением было SixTrack, которое моделирует частицы, циркулирующие в ускорителе Large Hadron Collider (LHC) для изучения долговременной стабильности орбит частиц. Другие приложения, представляющие интерес для физики высоких энергий также готовы. В настоящее время в проекте занято примерно 14 000 активных участников, 25 000 активных хостов, которые могут обеспечить вычислительную производительность более 5 Tflops. Это соответствует 700 годам процессорного времени за несколько месяцев вычислений, для типичного 1 KSfp2K процессора, который эквивалентен процессору 2.8 GHz Intel Xeon. Конечно эта мощность не является абсолютно бесплатной, но соотношение цена/производительность очень высоко, и это без учета других положительных моментов. LHC@home имеет потенциал для развития, если будет достаточно работы по использованию предлагаемой вычислительной мощности.

История

В этом контексте было проведено изучение возможности объединения общественных ресурсов и распределенных (Grid) вычислений [4]. Возможность распределения заданий между сетевыми общественными ресурсами было проверено и отработано для программных средств LHC Computing Grid (LCG)[5] и NorduGrid/ARC [6].

Среда CoLinux, позволяющая Linux выполняться как расширение ядра Windows также была проверена на возможность интеграции с BOINC, позволяя переносить задания на соответствующую операционную систему.

SixTrack вывод

Ферма из ста старых ПК в Вычислительном Центре, которые должны были быть списаны, были настроены для выполнения BOINC-клиента. Мы управляем этими машинами, используя Quattor с BOINC-клиентом RPM (Redhat Package Manager) который мы усовершенствовали. Кроме вклада в проект LHC@home, эти ПК позволяют исследовать механизмы метапланирования, которые позволят осуществить работу приложения с ресурсами добровольцев, дополненные специальными ограничениями, чтобы гарантировать качество обслуживания.

BOINC-сервер RPM был создан, чтобы автоматизировать инсталляцию и управление BOINC серверами. Мы протестировали его, нашли и исправили несколько ошибок. RPM и исправленные ошибки были использованы для доработки BOINC-проекта.

Перенесение других приложений.

Также мы исследуем другие приложения, которые могут подойти для BOINC, мы выпустили тестовую версию приложения Geant4 [7] для BOINC. Это приложение является упрощенной версией контроля луча и используется для проверки новых версий Geant4. Перенос был сделан для Linux и Windows в сотрудничестве с разработчиками Geant4. Приложение Geant4 было представлено на симпозиуме CHEP 2005 и 2006. Следующим шагом необходимо рассматривать более реалистичные и полезные модели Geant4, и мы уже делаем шаги для достижения этой цели.

Мы также успешно перенесли приложение ATLFAST 0.02.22 [8] на BOINC и продемонстрировали его работу для реальных физических процессов. Это FORTRAN-версия программы быстрого моделирования и реконструкции ATLAS, которая используется случайным генератором PYTHIA 6.2 [9].

Программа Garfield/Magboltz [10] для моделирования газообразных датчиков была доработана для BOINC в координации с автором программного обеспечения. Мы демонстрировали реальное использование на Linux на перенастроенных на BOINC PC-фермы в Вычислительном Центре. Хотя нам еще необходимо портировать приложение под Windows, мы ожидаем в ближайшем будущем получить запросы от экспериментаторов LHC для массового промышленного применения.

Были проведены предварительные консультации во Франции и Японии относительно будущего проекта под названием Feynman@home [11]. Несколько групп планируют моделировать квантовые процессы, происходящие в LHC (и будущих ускорителях, типа International Linear Collider - Международного Линейного Коллайдера), вычисляя их диаграммы Феймана (Feynman diagrams) с использованием BOINC. Это вычислительно емкая задача, которая тесно связана со случайной генерацией.

Мы также помогли запуску проекта Africa@home для Швейцарского Тропического Института, Университета в Женеве и двух неправительственных организаций. Проект проходит тестирование и выполняет эпидемиологические расчеты на основе модели малярии.

Мы также сотрудничаем с областью Экстремадура (Extremadura) в Испании. Местные власти собираются устанавливать клиентов BOINC в тысячи машин, в основном в школах и больницах, и выполнять вычисления для нужд ЦЕРНа (CERN). Они также пошлют представителей в ЦЕРН для работы по переносу приложений на инфраструктуру BOINC. Для ускорения старта проекта был проведен семинар в CIEMAT, Исследовательском Центре Энергии, Окружающей среды и Технологии (Research Centre for Energy, Environment and Technology) в Мадриде, который посетили представители региона. Несколько усеченная версия семинара прошла в виде вычислительного семинара в ЦЕРНе. Слайды об этих событиях включены в LHC@home Twiki, где документируется всю работу ЦЕРН, связанную с BOINC-деятельностью[12].

Мы сотрудничаем с группой IS, чтобы развернуть BOINC-клиентов на настольных Windows-компьютерах ЦЕРНа с использованием NICE механизмов. Мы планируем эффективное развертывание, которое начнется на добровольной основе в отделе IT. В ближайшие месяцы мы обратимся с просьбой о сотрудничестве ко всем пользователям настольных ПК в ЦЕРНе.

Ссылки

1 http://boinc.berkeley.edu/
2 http://lhcathome.cern.ch/
3 http://athome.web.cern.ch/athome/LHCathome/whatis.html
4 https://twiki.cern.ch/twiki/pub/LHCAtHome/LinksAndDocs/ChristianSoettrupBOINCThesis.pdf
5 http://lcg.web.cern.ch/LCG
6 http://www.nordugrid.org/
7 http://geant4.web.cern.ch/geant4
8 http://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/HIGGS/Atlfast.html
9 http://www.thep.lu.se/~torbjorn/Pythia.html
10 http://garfield.web.cern.ch/garfield
11 http://acpp.in2p3.fr/cgi-bin/twiki/bin/view/Feynman/WebHome
12 https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/LHCAtHome/WebHome

About the author

The CERN BOINC team