Konzeption und Umsetzung einer Plattform zur Rechnerverwaltung und Auftragsentwicklung für heterogene Clustersysteme

Zur Lösung komplexer mathematischer Probleme, die viel Rechenleistung benötigen, können nicht nur kostenintensive Großrechner eingesetzt werden, sondern auch Gruppen von Rechnern, die so genannten Cluster. Diese Cluster können aus standardisierten Serienrechnern bestehen, welche durch die hohen produzierten Stückzahlen besonders günstig beschafft werden können. Heterogene Clustersysteme sind dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Clusterrechner mit verschiedenen Betriebssystemen zusammen eingesetzt werden, um gemeinsam eine Aufgabe zu lösen. Um die verfügbare Rechenleistung ohne weitere Hardwarebeschaffung zu erhöhen, können zusätzlich zu den speziellen Clusterrechnern auch reguläre Arbeitsstationen mit in die Lösungsfindung eingeschlossen werden. Eine solche Umgebung wird in der vorliegenden Arbeit als Office Grid bezeichnet. Es existieren verschiedene Softwarelösungen für Rechnerverwaltung und Auftragsentwicklung in Clustersystemen, der Fokus dieser Lösungen liegt jedoch meist auf der Unterstützung einer Vielzahl von Applikationsarten auf möglichst homogenen Systemen. Andere Lösungen, die sich auf sehr große Systeme, die Computational Grids, konzentrieren, sind selbst sehr groß und für den Einsatz in heterogenen Clustersystemen überdimensioniert. Durch den Einsatz der heterogenen Ressourcen in Verbindung mit Arbeitsstationen muss eine Verwaltungsplattform die Eigenheiten der einzelnen Rechnertypen berücksichtigen, wie die Verwendung verschiedener Arten von ausführbaren Dateien oder der Wegfall von Ressourcen bei einem Herunterfahren von Arbeitsstationen. Die Beschreibung von Aufträgen in Form einer parallelen Anwendung kombiniert mit einer Ressourcendefinition muss ebenfalls auf die Bedingungen dieser Umgebung zugeschnitten sein. Insbesondere für die optimale Verteilung mehrerer Aufträge auf die Ressourcen eines Office Grid existierte bislang keine Lösung. In dieser Arbeit werden der Entwurf und die Implementierung einer Plattform vorgestellt, die eine einfache Verwaltung und möglichst optimale Verwendung von Rechenressourcen in einem Office Grid durch parallele Applikationen bietet. Die im Rahmen dieser Arbeit implementierte Softwarelösung MP-Cluma (Multi Plattform Clustermanagement) geht auf die speziellen Anforderungen in dieser Umgebung ein. Die Plattform selbst ist als verteiltes System entworfen wobei alle Komponenten sowohl auf Linux- als auch auf Windows-Rechnern lauffähig sind. Die verwendete CORBA-Middleware bietet nicht nur eine plattformübergreifende Kommunikationsmöglichkeit, sondern auch erweiterte Dienste für das Management des Office Grid. Durch die Verwendung dieser Dienste wird eine flexible und dynamische Ressourcenverwaltung ermöglicht, die insbesondere den unkomplizierten Einsatz regulärer Arbeitsstationen als Rechenressource gestattet.