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

Die Leistungsfähigkeit moderner Rechensysteme erhöht sich stetig. Allerdings zeigen Untersuchungen, dass die Rechenleistung von Prozessoren stärker steigt, als die Ein-/Ausgabeleistung zu den Sekundärspeichern, auf denen die Daten zur Berechnung abgelegt werden. Dies führt dazu, dass Prozessoren zukünftig nicht ihr gesamtes Rechenpotential ausschöpfen können, da sie auf Daten der Sekundärspeicher warten müssen. Damit die Leistung der Speicher nicht zu einem leistungsbegrenzenden Faktor des gesamten Systems wird, ist die Leistungsanalyse und -optimierung der Sekundärspeicher notwendig. Die Leistungsmessung von Sekundärspeichersystemen wird typischerweise mit Softwarewerkzeugen durchgeführt, die eine Last auf dem Sekundärspeicher erzeugen und anhand dieser Last eine Leistungsermittlung durchführen. Diese sogenannten I/O-Benchmarks haben zahlreiche Probleme, die im Rahmen dieser Dissertation aufgezeigt und gelöst werden. Es wird ein neuer Ansatz entwickelt, der realitätsnahes, nutzerrelevantes, vergleichbares und dennoch einfaches I/O-Benchmarking insbesondere in Hinblick auf die Leistungsermittlung beim Zugriff auf Sekundärspeicher mittels der MPI-IO-Schnittstelle ermöglicht. Ausgehend von den notwendigen Schritten bei der Leistungsanalyse wird eine neue Benchmark-Architektur entwickelt, die insbesondere Lösungen für die gefundenen Probleme der geringen Repräsentativität von Benchmarkergebnissen und der fehlenden Nutzerunterstützung beim Benchmarking bietet und damit über vorhandene Arbeiten in diesem Themenbereich deutlich hinausgeht. Es wird ein Benchmark-System erstellt, das nutzerrelevante Ergebnisse ermittelt, indem es dem Nutzer ermöglicht, das Lastverhalten MPI-IO-basierter Applikationen als Messgrundlage zu verwenden. Außerdem wird eine realitätsnahe und einfach nutzbare I/O-Lastbeschreibung präsentiert, deren Möglichkeiten existierende I/O-Lastbeschreibungen in Hinblick auf Genauigkeit bei Verwendung komplexer paralleler I/O-Lasten übersteigen. Die Funktionsfähigkeit und Genauigkeit des I/O-Benchmarking-Ansatzes wird mit Messungen anhand von Beispielapplikationen gezeigt.