und Komponenten-Technologien in der Modellierung ... - CES - KIT

2.2.2.2 Auslagerung von Hilfsfunktionen
2 Grundlagen 9
Ein möglicher Ansatz ein Simulationsexperiment zu beschleunigen, besteht in der Auslagerung
häufig verwendeter Hilfsfunktionen 2 auf zusätzliche Prozessoren bzw. Rechner. Der große
Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass ein für die sequentielle Simulation ausgelegtes
Modell nicht umgeschrieben werden muss. Signifikante Beschleunigungen sind durch diese
Maßnahme jedoch nicht zu erwarten, da sich herausgestellt hat, dass die Berechnung von Hilfsfunktionen
meist nur einen geringen Anteil der Gesamtrechenzeit beansprucht.
2.2.2.3 Verteilung des Modells
Weitaus viel versprechender als die Auslagerung von Hilfsfunktionen ist es, die Parallelisierung
auf Modellebene vorzunehmen. Dabei ergeben sich im Wesentlichen folgende Problemstellungen:
- Aufteilung des Gesamtmodells in kooperierende Teilmodelle, die möglichst unabhängig
voneinander sein sollten, um den anfallenden Kommunikations- und Synchronisationsaufwand
gering zu halten.
- Geeignete Zuordnung der Teilmodelle auf Prozessoren (parallele Simulation) bzw. Rechner
(verteilte Simulation). Falls ein Prozessor bzw. Rechner mehrere Teilmodelle ausführen
soll, ist zusätzlich eine geeignete Auswahlstrategie (Scheduling) erforderlich.
- Synchronisation der Abläufe in den Teilmodellen zur Wahrung der Kausalität.
Die Partitionierung des Modells hat erheblichen Einfluss auf den zu erzielenden Gewinn an
Ausführungsgeschwindigkeit. Um eine hohe Beschleunigung zu erreichen, sollte das Modell so
zerlegt werden, dass zwischen den einzelnen Teilmodellen möglichst wenige Abhängigkeiten
bestehen. Bei zu eng gekoppelten Teilmodellen ist durch den anfallenden Kommunikations-
und Synchronisationsaufwand eine Beschleunigung der Simulation eher unwahrscheinlich,
wobei es in Extremfällen sogar zu einer Verlangsamung gegenüber der sequentiellen Ausführung
kommen kann. Die Modellpartitionierung muss heute noch weitgehend manuell vom Modellierer
durchgeführt werden, da entsprechende Methoden nur für einige wenige Spezialfälle
zur Verfügung stehen. Analog zum Modellierungsvorgang ist das Ergebnis einer solchen Partitionierung
stark von der Erfahrung und Intuition des Modellierers abhängig.
Nach erfolgter Modellpartitionierung müssen die einzelnen Teilmodelle auf die zur Verfügung
stehenden Prozessoren bzw. Rechner verteilt werden. Da die Anzahl der bereitstehenden Abarbeitungsressourcen
meist weitaus geringer ist als die der auszuführenden Teilmodelle, muss
eine geeignete Zuordnung der Teilmodelle auf diese Ressourcen gefunden werden. Zur Lösung
dieser Problemstellung existiert heute eine breite Auswahl an so genannten Scheduling-Algorithmen,
die sich grob in statische und dynamische Verfahren unterteilen lassen. Während bei
den statischen Verfahren die Zuordnung bereits vor dem Start der Simulation erfolgen muss
und während des gesamten Simulationsexperiments unverändert bleibt, erlaubt das dynamische
Scheduling eine flexible Zuordnung zur Laufzeit.
2 beispielsweise die Erzeugung von Pseudozufallszahlen oder die Generierung von Statistiken