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2 auf 1 - Betriebssysteme und verteilte Systeme

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Parallelverarbeitung
WS 2014/15
Roland Wismuller
¨
¨ Siegen
Universitat
.d
wismuellera@duni-siegena.d e
rolanda
Tel.: 0271/740-4050, Buro:
¨
H-B 8404
Stand: 13. Oktober 2014
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
i
Parallelverarbeitung (1/13)
2
Parallelverarbeitung
WS 2014/15
0
Organisatorisches
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Zu meiner Person
➥ Studium der Informatik an der Techn. Univ. Munchen
¨
➥ dort 1994 promoviert, 2001 habilitiert
➥ Seit 2004 Prof. fur
¨ Betriebssysteme und verteilte Systeme an der
Univ. Siegen
➥ Forschung: Beobachtung, Analyse und Steuerung paralleler und
verteilter Systeme
➥ z.Zt. insbes. Software-Leistungsanalyse, Grid-Computing
➥ e-mail: roland.wismueller@uni-siegen.de
➥ Tel.: 0271/740-4050
➥ Buro:
¨
H-B 8404
➥ Sprechstunde: Mo., 14:15 - 15:15 Uhr
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
3
Zur Fachgruppe “Betriebssysteme / verteilte Systeme“
Andreas Hoffmann
Adrian Kacso
andreas.hoffmann@uni−siegen.de
adrian.kacso@uni−siegen.de
0271/740−4047
H−B 8405
0271/740−3966
H−B 8406
Elektronische Prüfungs− und
Übungssysteme an Hochschulen
IT−Sicherheit
Webtechnologien
Mobile Anwendungen
Kommunikationsprotokolle für
drahtlose Sensornetze
Kommunikation und Koordination
in verteilten Systemen
Betriebssysteme (RT, Embedded)
Julia Dauwe
Alexander Kordes
julia.dauwe@uni−siegen.de
0271/740−2967
H−B 8405
alexander.kordes@uni−siegen.de
0271/740−4011
H−B 8407
Context Aware Systems
Bring Your Own Device (BYOD)
Mobile Anwendungen und
Datenschutz
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Automotive Electronics
Fahrzeugnetzwerke
Robustheit, Fehleranalyse,
Fehlerdetektion
Parallelverarbeitung (1/13)
4
Lehrangebot
Vorlesungen/Praktika
➥ Rechnernetze I, 5 LP (jedes SS)
➥ Rechnernetze Praktikum, 5 LP (jedes WS)
➥ Rechnernetze II, 5 LP (jedes SS)
➥ Betriebssysteme I, 5 LP (jedes WS)
➥ Parallelverarbeitung, 5 LP (jedes WS)
➥ Verteilte Systeme, 5 LP (jedes SS)
➥ (wird auch als Betriebssysteme II anerkannt)
➥ Client/Server-Programmierung, 5 LP (jedes WS)
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
5
Lehrangebot ...
Projektgruppen
➥ z.B. Werkzeug zur Algorithmen-Visualisierung
➥ z.B. Infrastruktur zum Analysieren des Android Market
Abschlussarbeiten (Bachelor, Master, Diplom)
➥ Themengebiete: Mobile Plattformen (iOS, Android), Sensornetze,
Parallelverarbeitung, Monitoring, ...
➥ z.B. Statische Analyse des Informationsflusses in Android Apps
Seminare
➥ Themengebiete: Webtechnologien, Sensornetze, Android, ...
➥ Ablauf: Blockseminare
➥ 30 Min. Vortrag, 5000 Worte Ausarbeitung
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
6
Zur Vorlesung
¨
➥ Vorlesung mit Praktikum: 2+2 SWS, 5 LP (8 LP moglich)
➥ Tutor: Damian Ludwig
➥ Termine:
➥ Mo. 12:30 - 14:00, H-F 001 (Vorl.) bzw. H-A 4111 (Prakt.)
➥ Do. 16:00 - 17:30, H-B 8409/10 (Vorl.) bzw. H-A 4111 (Prakt.)
➥ Information, Folien und Ankundigungen:
¨
➥ im WWW: http://www.bs.informatik.uni-siegen.de/
lehre/ws1415/pv/
➥ Folienskript vollstandig
¨
verfugbar
¨
➥ Folien werden ggf. leicht aktualisiert und i.d.R. spatestens
¨
am Tag vor der Vorlesung bereitgestellt (als PDF)
➥ Codebeispiele finden Sie lokal auf den Laborrechnern unter
/home/wismueller/PV
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
7
Zur Vorlesung ...
Lernziele
➥ Wissen um die Grundlagen, Techniken, Methoden und
Werkzeuge der parallelen Programmierung
➥ Grundwissen uber
¨
parallele Rechnerarchitekturen
➥ Praktische Erfahrungen mit paralleler Programmierung
➥ Kenntnisse / Anwendung der wichtigsten Programmiermodelle
¨
➥ Wissen um die Moglichkeiten,
Schwierigkeiten und Grenzen der
Parallelverarbeitung
¨
➥ Fahigkeit,
erfolgversprechende Parallelisierungskonzepte
¨
¨
erkennen und auswahlen
zu konnen
➥ Schwerpunkt: Hochleistungsrechnen
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
8
Zur Vorlesung ...
Methodik
➥ Vorlesung: Grundlagen
➥ theoretisches Wissen zur Parallelverarbeitung
➥ Praktikum: praktische Anwendung
➥ praktische Einfuhrung
¨
in die Programmierumgebungen
➥ “Hands-On“ Tutorials
➥ eigenstandige
¨
Programmierarbeit
➥ praktische Fertigkeiten und Erfahrungen
➥ auch: Aufwerfen von Fragen
➥ unterschiedliche Parallelisierungen zweier reprasentativer
¨
Probleme
➥ kombinatorisches Suchproblem
➥ iteratives, numerisches Verfahren
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
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Prufung
¨
➥ Mundliche
¨
Prufung
¨
(ca. 30-40 Min)
➥ Stoff: Vorlesung und Praktikum!
➥ Prufung
¨
erstreckt sich auch auf die praktischen Arbeiten
➥ Zulassungsvoraussetzung: aktive Teilnahme am Praktikum
➥ d.h. tauglicher Versuch fur
¨ alle Haupt-Aufgaben
➥ Anmeldung:
➥ Terminabsprache im Sekretariat bei Fr. Baule
➥
per Email (andrea.baule@eti.uni-siegen.de)
➥ oder personlich
¨
(H-B 8403, nachmittags)
➥ Anmeldung beim Prufungsamt
¨
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
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Organisatorisches zum Praktikum
➥ Benutzerordnung und Kartenschlusselantrag:
¨
➥ http://www.bs.informatik.uni-siegen.de/lehre/
ws1415/pv/
➥ Abgabe bis 24.10. bei Fr. Baule, H-B 8403 (nachmittags) oder
in der Vorlesung
➥ Praktikumsbeginn: 23.10.
➥ Einfuhrung
¨
in die Rechner-Umgebung (Linux) und C
➥ Ausgabe der Kennungen
➥
Benutzungsvereinbarung im WWW beachten!
➥ Programmierung in C (oder C++)
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
11
Parallelverarbeitung (1/13)
Rechnerumgebung im Labor H-A 4111
➥ Linux-PCs, privates IP-Netz, aber ssh-Zugang zum Cluster
Fachgruppennetz (bs.informatik.uni−siegen.de) / Internet
ssh (nur pubkey)
Server−Cluster bvsclk01 bvsclk02 bvsclk03 bvsclk04
(je 2 x XEON,
je 2 Cores,
2,66 GHz, 4 GB)
http
ftp
https
bsclk01 bsclk02 bsclk03 bsclk04
Labornetz
(lab.bvs) 1 Gbit/s
ssh
HorUS−Cluster
136 Knoten,
(je 2 x XEON,
je 6 Cores,
2,66 GHz, 48 GB)
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
File
Server
Proxy
11
00
00
11
00
...11
00
11
11
00
00
11
00 ...
11
00
11
bslab01−06,11−12,14−18
bslab07−10,13,19
13 Arbeitsplätze
(Intel, 2 Cores mit HT,
3,3 GHz, 4 GB)
6 Arbeitsplätze
(Intel, 4 Cores,
3,2 GHz, 4 GB)
Parallelverarbeitung (1/13)
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Inhalt der Vorlesung
➥ Grundlagen
➥ Motivation, Parallelitat
¨
➥ Parallelrechner
➥ Programmiermodelle
➥ Entwurfsprozess
➥ Organisationsformen paralleler Programme
➥ Leistungsbetrachtungen
➥ Parallele Programmierung mit Speicherkopplung
➥ Grundlagen
➥ POSIX Threads
➥ OpenMP
➥ Schleifenparallelisierung und Abhangigkeiten
¨
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
13
Inhalt der Vorlesung ...
➥ Parallele Programmierung mit Nachrichtenkopplung
➥ Vorgehensweise
➥ MPI
➥
Programmiermodell
➥ einfache Kommunikation
➥ Datentypen
➥ globale Kommunikation
➥ Optimierungstechniken
➥ Cache-Optimierungen
➥ Kommunikations-Optimierung
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
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¨
Zeitplan der Vorlesung (vorlaufig!)
Datum
Montags-Termin
Datum
Donnerstags-Termin
06.10.
13.10.
20.10.
27.10.
03.11.
10.11.
17.11.
24.11.
01.12.
08.12.
15.12.
¨
V: Motivation, Parallelitat
V: Programmiermodelle
V: Leistung
V: POSIX Threads
V: OpenMP
V: OpenMP
V: Schleifenparallelisier.
V: MPI
P: Jacobi (OpenMP)
V: MPI
P: Jacobi (MPI)
09.10.
16.10.
23.10.
30.10.
06.11.
13.11.
20.11.
27.11.
04.12.
11.12.
18.12.
V: Parallelrechner
V: Entwurf, Organisation
P: C-Tutorial
P: Quicksort (PThreads)
P: Quicksort (PThreads)
P: Springer (PThreads)
P: Springer (PThreads)
P: Springer (PThreads)
P: Jacobi (OpenMP)
P: Jacobi (OpenMP)
P: Jacobi (MPI)
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
15
¨
Zeitplan der Vorlesung (vorlaufig!)
...
Datum
05.01.
12.01.
19.01.
26.01.
01.02.
Montags-Termin
V: MPI
V: Optimierung
P: Jacobi(MPI)
P: Springer(MPI)
P: Springer(MPI)
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Datum
08.01.
15.01.
22.01.
29.01.
05.02.
Donnerstags-Termin
P: Jacobi (MPI)
P: Jacobi MPI)
P: Springer(MPI)
P: Springer(MPI)
P: Springer(MPI)
Parallelverarbeitung (1/13)
16
Allgemeine Literatur
➥ Derzeit keine Empfehlung fur
¨ ein allumfassendes Lehrbuch
➥ Barry Wilkinson, Michael Allen: Parallel Programming. internat.
ed, 2. ed., Pearson Education international, 2005.
➥ deckt Vorlesung i.W. ab, viele Beispiele
➥ Kurzreferenzen zu MPI, PThreads, OpenMP
➥ A. Grama, A. Gupta, G. Karypis, V. Kumar: Introduction to Parallel
Computing, 2nd Edition, Pearson, 2003.
➥ viel zu Entwurf, Kommunikation, parallele Algorithmen
➥ Thomas Rauber, Gudula Runger:
¨
Parallele Programmierung.
2. Auflage, Springer, 2007.
➥ Architektur, Programmierung, Laufzeitanalyse, Algorithmen
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
17
Allgemeine Literatur ...
➥ Theo Ungerer: Parallelrechner und parallele Programmierung,
Spektrum, Akad. Verl., 1997.
➥ viel zu paralleler Hardware und Betriebssystemen
➥ auch Grundlagen der Programmierung (MPI) und
Compilertechniken
➥ Ian Foster: Designing and Building Parallel Programs,
Addison-Wesley, 1995.
➥ Entwurf paralleler Programme, Fallstudien, MPI
➥ Seyed Roosta: Parallel Processing and Parallel Algorithms,
Springer, 2000.
➥ i.W. Algorithmen (Entwurf, Beispiele)
➥ auch: viele andere Ansatze
¨
zur parallelen Programmierung
Roland Wismuller
¨
Betriebssysteme / verteilte Systeme
Parallelverarbeitung (1/13)
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Literatur zu speziellen Themen
➥ S. Hoffmann, R.Lienhart: OpenMP, Springer, 2008.
➥ handliches Taschenbuch zu OpenMP
➥ W. Gropp, E. Lusk, A. Skjellum: Using MPI, MIT Press, 1994.
➥ das Standardwerk zu MPI
➥ D.E. Culler, J.P. Singh: Parallel Computer Architecture - A
Hardware / Software Approach. Morgan Kaufmann, 1999.
➥ UMA/NUMA-Systeme, Cache-Koharenz,
¨
Speicherkonsistenz
➥ Michael Wolfe: Optimizing Supercompilers for Supercomputers,
MIT Press, 1989.
➥ Vertiefung zu parallelisierenden Compilern
Roland Wismuller
¨
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