Untersuchung von Scheduling-Algorithmen für massiv-parallele Systeme mit virtuell gemeinsamem Speicher

Massiv-parallele Rechnersysteme mit physikalisch verteiltem Hauptspeicher stellen zwar einen kostengünstigen Weg dar, hohe Rechenleistungen zu erzielen, erfordern aber auf der anderen Seite neue Betriebssystemkonzepte, Programmiermodelle und Programmiersprachen, um in Produktionsumgebungen gewinnbringend einsetzbar zu sein. Der virtuell gemeinsame Speicher (SVM) ist ein Programmiermodell, das diesen Anforderungen nach vereinfachter Programmierung von Rechnersystemen mit physikalisch verteiltem Speicher gerecht zu werden versucht. Für einen erfolgreichen Einsatz von SVM sind allerdings Anpassungen der Anwendungssoftware und der Betriebssysteme erforderlich. Während die Optimierung paralleler Anwendungen auf SVM bereits in einer Reihe von Arbeiten behandelt wurde, sind bisher noch vergleichsweise wenig Anstrengungen unternommen worden, parallele Betriebssysteme und insbesondere deren Scheduling-Algorithmen auf eine effiziente Kooperation mit den Hardware-Gegebenheiten in einem SVM-System abzustimmen. In der vorliegenden Arbeit wurde daher untersucht, wie sich bestehende, parallele Betriebssysteme um Komponenten erweitern lassen, die eine effizientere Abarbeitung SVM-basierter Anwendungen ermöglichen.Die mit Hilfe eines ereignisgesteuerten, im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Simulationssystemes durchgeführten, Untersuchungen konzentrierten sich auf zwei Problemkreise: Zum einen wurde untersucht, inwieweit durch lokales Scheduling sequentieller Anwendungen Prozessorleerlaufzeiten einer parallelen Anwendung genutzt werden können, so daß sich die Auslastung eines parallelen Rechnersystems verbessert; zum anderen wurden Algorithmen verglichen, die es einem parallelen Betriebssystem für SVM-basierte Rechnersysteme erlauben, Situationen mit hoher Seitenfehlerrate zu erkennen und korrigierend einzugreifen.Es hat sich in den Untersuchungen zum einen gezeigt, daß eine asynchrone Ausführung sequentieller Hintergrundlasten unter bestimmten, auch in der Praxis antreffbaren Bedingungen zu einer Verbesserung der Systemauslastung führen kann. Zum anderen ergab ein Vergleich der untersuchten Verfahren zur Reduktion von hohen Seitenfehlerraten, daß alle in dieser Arbeit neu entwickelten Scheduling- Strategien das primär angestrebte Ziel der Seitenfehlerreduktion erreichen. Darüber hinaus sind jedoch bei einer geeigneten, sich dem Programmverhalten dynamisch anpassenden Parameterwahl auch verringerte Laufzeiten für die einzelnen Anwendungen möglich.Da die entwickelten Algorithmen sich leicht als zusätzliche Komponenten in ein bestehendes, paralleles Betriebssystem einbetten lassen, werden sie eine wertvolle Ergänzung für die Betriebssysteme zukünftiger, auf SVM basierender Parallelrechner darstellen