Allerdings musste ich schweren Herzens in den Zug steigen, denn Genf hat gestern noch mal mächtig auf die Tränendrünsen gedrückt.

6:00

Der Wecker klingelt. Schell aufstehen und alles fertig machen. Da schau ich aus dem Fenster und sehe einen wunderschönen Sonnenaufgang. Im Hintergrund die Silhouette der Berglandschaft. (Mein Finger wollte gar nicht mehr aufhören den Auslöser der Kamera zu drücken )

8:30

Nach einem gemütlichen Frühstück sitze ich in der Straßenbahn Richtung Bahnhof (Gare Cornavin). Da steigt ein Mann ein und fängt an auf seinem Akkordeon an zu spielen. Direkt vor meiner Nase! Und als wenn das nicht genug wäre: 2 Stationen später steigt noch einer ein und spielt Klarinette. So etwas hab ich noch nicht erlebt. (und ich bin schon öfter mit der Straßenbahn gefahren) Es war als wöllte mich Genf mit seinen schönen Seiten zum Bleiben überreden. Untermalt mit schweizer Live-Musik lasse ich die Menschen, Gebäude und Autos an mir vorbeiziehen. *Schnauff*

9:14

Der Zug setzt sich in Bewegung und fährt eine Zeit lang direkt am Ufer des Genfer See entlang. Blauer Himmel, das Sonnenlicht spiegelt sich im aalglatten Wasser. Im Hintergrund Berge. (Hab leider kein Foto. Gegen die Sonne fotografieren geht nich so gut.)

12:00 – Basel. Erste Wölkchen am Himmel.

15:00 – Frankfurt (Main). Stark bewölkt.

19:15 – Magdeburg. Leider kein Regen.

Hätte irgendwie in meine Erwartungen gepasst, wie Deutschland mich empfangen würde.

Aufgabe war es ein System zu entwickeln, das die Konfiguration bestimmter Rechner im Grid überwacht und auswertet. Also zum Beispiel feststellt wieviel Speicherplatz auf einem Rechner frei ist und diese Information dann in einer übersichtlich Form darstellt.

Dafür habe ich 3 Programme geschrieben:

• den Client, der auf den einzelnen Rechnern ausgeführt wird, die untersucht werden sollen
• den Server der all die gewonnen Daten sammelt und abspeichert
• und eine Website die die Daten dann schön veranschaulicht

Wer sich für Details interessiert, kann sich gerne die Dokumentation und den Code dazu anschauen:

https://twiki.cern.ch/twiki//bin/view/EGEE/WorkerNodeConfiguration

CERN ist komplett transparent in Bezug auf die Forschung die hier stattfindet. Deshalb ist die Software auch unter einer Apache 2.0 Lizenz lizensiert. Trotzdem wäre es zum Teil ein erhebliches Sicherheitsrisiko die eigentlichen Daten zu veröffentlichen. Deshalb entsprechen einige der Bilder und Statistiken, die es gleich zu sehen gibt, natürlich nicht ganz der Realität. Außerdem hat das System noch nicht Daten über alle Rechner gesammelt. Schön anzusehen sind die Bilder aber trotzdem.

Prozessorkerne

Die Anzahl an Prozessorkernen gibt an wieviele Dinge ein Computer gleichzeitig machen kann. Auf Windows Rechner kann man sie sich anzeigen lassen wenn man den Task-Manager öffnet und im Reiter “Leistung” zählt wieviele CPU-Diagramme auftauchen. Bei Heimrechnern sind im Moment etwa 2 oder 4 Prozessorkerne normal. Im Grid jedoch im Durchschnitt 17.

AMD oder Intel?

Ganz klar Intel.

Zeitunterschied zur Atomzeit

Sind die Uhren richtig gestellt? Das kann man leicht mit diesem Histogramm nachprüfen:

Java Version

Für Software-Entwickler ist es natürlich auch wichtig zu wissen, was denn eigentlich auf all den Rechnern so installiert ist – insbesondere in welcher Version. Damit man verfolgen kann wie sich das über die Zeit verändert, gibt es dieses Diagram:

Natürlich kann man all diese Daten noch nach verschiedene Kriterien filtern. Man könnte sich den durchschnittlichen freien Arbeitsspeicher der Rechner der Uni Dortmund anzeigen lassen. Oder vergleichen wieviele Computer welches Betriebssystem in Deutschland und in Frankreich installiert haben. Ich spreche natürlich immer nur von Computern die Teil des Grids sind, also nicht von allen Computer z.B. in ganz Deutschland. Das wäre ein bisschen zu viel verlangt.

Das macht die Website auch zu so einem Sicherheitsrisiko. Bösewillige könnten Lücken in älteren Versionen von bestimmter Software leicht nutzen um Schadcode einzuschleusen.

Und wie gehts jetzt weiter?

Seit letzten Donnerstag lerne ich meiner Nachfolgerin an, wie alles funktioniert und was man noch verbessern könnte. Und da gibt es noch Viiiieeeles. Ich freue mich aber jetzt schon darauf zu sehen, wie sich das Ganze in der Zukunft weiterentwickelt.

Und mit mir?

Am Montag ziehe ich aus meiner Wohnung in Frankreich aus und verbringe die restlichen Tage (bis Freitag) im Hostel von CERN. Das heißt ab nächstem Wochenende bin ich wieder in Magdeburg zu finden. Juhuuh!

Dann wird erstmal wieder studiert. Muss ja noch ein paar Vorlesungen und Prüfungen absolvieren.

Der Unix Timestamp gibt die Sekunden seit dem 1. Januar 1970 an. Für Informatiker ist das sowas wie Silvester. Also geh ich jetzt mal feiern.

Cheers …

In Darmstadt angekommen stand ich vor dem Haupteingang des ESA-Geländes. Genau wie in CERN wird es durch große Zäune und Sicherheitsleute bewacht. Aber von beeindruckenden Raketen-Abschussrampen war nichts zu sehen. Nur Bürogebäude.

Nachdem ich dann die typischen Besucherformulare ausgefüllt hatte wurde ich von dem Leiter des “Advanced Mission Concepts and Technologies Office” abgeholt. In seinem Büro unterhielten wir uns über meine Job-Vorstellungen, dass ich auf der Suche nach einem Diplomthema bin und welche Möglichkeiten ich beim ESOC hätte.

Danach gings auch gleich zu einem leckeren Mittagessen in die hauseigene Cafeteria, bei dem ich noch ein paar anderen Mitarbeiten vorgestellt wurde – darunter auch einem Schweizer. Ich arbeite in der Schweiz, er in Deutschland. Schon verrückt irgendwie.

Gestärkt und von einem Tee aufgewärmt kamen wir dann zu dem interessantesten Teil: der Besichtigung der Kontrollzentren. Diese Dinger die man immer im Film sieht. Mit 50 Displays – großen wie kleinen – die alle irgendwie zu blinken scheinen aber man kein Schimmer hat was darauf eigentlich zu sehen ist.

Überraschend für mich war auch, dass es davon nicht nur einen gibt, sondern gleich ein dutzent. Jeder hat seinen speziellen Zweck, überwacht einen anderen Satelliten.

Dieser hier ist speziell für die Dauer des Starts der Satelliten ausgerichtet. In ihm und anderen (die live dazugeschalten werden) trainieren die Mitarbeiter in den Monaten vor einem Start mit Hilfe von Simulationen alle möglichen und unmöglichen Situationen. Als ich dort drin stand waren leider alle Lichtlein aus. Außer schwarzen Bildschirmen nichts spannendes zu sehen.

In den anderen konnte ich allederings jede Menge Tabellen mit grünem Text und Zahlen sehen, die offensichtlich signalisierten dass alles in Ordnung war. Außerdem saßen in jedem Raum immer 1-2 Personen die in Notfällen schnell reagieren können. Zum Glück habe ich trotz meiner zerstörerischen Aura keine Katastrophe ausgelöst. Puuh.

Danach machte ich mich auch schon wieder auf den Heimweg. Ob sich etwas mit dem ESOC ergeben wird steht sprichtwörtlich in den Sternen. Man wird sehen.

Am nächsten Mittwoch werde ich wieder für ganze 10 Stunden  im Zug sitzen und nach Hause fahren. (Ich sollte mir noch ein Buch kaufen.) Weihnachten verbringe ich natürlich in Altenburg bei Familie und Freunden. Zu Silvester fahre ich nach Magdeburg.

Was in den letzten Wochen geschah

Der LHC wurde aufgetaut, die durch den Unfall am 19. September entstandenen Schäden begutachtet und ein Reparaturplan erstellt. D.h. bis Ende Juni 2009 wird es keine Neuigkeiten oder bahnbrechenden Entdeckungen vom LHC geben.

Dann bin ich leider schon lange weg und kann keine vor-ort Infos mehr veröffentlichen. Obwohl ich manchmal sowieso das Gefühl hab, dass die Presse besser über alles informiert wird als wir Mitarbeiter. Naja.

Außerdem bereitet sich alles auf die anstehende Weihnachtspause vor. Das reicht von Plänen was alles abgeschaltet werden kann und was nicht, über Weihnachts-Mittagessen bis zu Bowling-Treffen. Jede Arbeitsgruppe macht eben seine eigene Weihnachts-Veranstaltung.

Ab nächste Woche ist CERN dann bis zum 04. Januar geschlossen. Dank meiner tollen Urlaubsplanung muss ich aber erst am 12. wieder arbeiten.

Für mich steht jetzt erstmal Geschenke kaufen und Bewerbung schreiben auf der Todo-Liste. Für was ich mich bewerbe? Ein Kollege hat mal bei der ESA gearbeitet und gefragt ob die dort einen Studenten wie mich gebrauchen könnten. Also wenn ich nächstes Jahr auf ner Rakete Richtung Sterne fliege, dann hab ich den Job.

Linus ist sein Name. Viel mehr weiß ich noch nicht. Ich hoffe die Eltern schicken mir bald mal ein Bild von ihm. Aber ich denke sie haben im Moment andere Sorgen.

Mehr wollte ich nicht los werden.

Nachdem seit nun schon ein paar Wochen die Spitzen der umliegende Berge weiß waren, kam der Schnee gestern abend auch bis zu mir. Heute morgen durfte ich die weiße Winterwelt bei Tageslicht genießen:

Viel ist es nicht, aber ein bisschen Winter-Feeling kommt schon auf.

Leider hat die Mittagssonne den Großteil schon wieder schmelzen lassen. Aber ich bin sicher der Schnee kommt wieder!

Natürlich ist es keine Überraschung wenn ich sage, dass Prozessoren seit einer Weile nicht mehr schneller und schneller werden (aus Sicht der Taktrate), sondern stattdessen immer mehr Dinge gleichzeit erledigen können. Schließlich gehen wir gerade vom Dual- zum Quad-Core über.

Als die Vortragenden allerdings vom sogennanten Many-Core mit über 100 “Ausführungssträngen” redeten, war mir klar, dass sich auch für mich und all die anderen Sequenziell-Denker einige Neuerungen ergeben werden.

Ende 2009 wird Intel eventuell den Grafikchip Larrabee herausbringen, der 16 Kerne mit jeweils 4 Hardware-Threads – also insgesamt 64 Ausführungsstränge – besitzen wird. Mir stellte sich sofort die Frage:

“Wie zum Teufel soll ich ein Programm schreiben, das 64 Dinge gleichzeitig macht?”

Threading Tools

Zum Glück haben sich diese Frage auch andere Programmierer gestellt und verschiedene Tools erstellt, die es ermöglich das Threading zu vereinfachen. Statt jeden einzelnen Thread selbst in Code zu gießen nutzt zum Beispiel OpenMP eine Pseudo-Sprache. Damit kann man einfach Schleifen in X gleichgroße Stücke zerlegen, dessen Rumpf dann jeweils in einem anderen Thread ausgeführt wird. Der eigentlich C++ Code verändert sich nicht. Man kann sogar ohne Probleme X=1 setzen und das Programm lediglich sequentiell ausführen.

Neben OpenMP gibt es auch noch zahlreiche andere Frameworks, die den Umgang mit Threads erleichtern sollen. Von Intel gibt es die Threading Building Blocks (TBB) und irgendwann Ct: Throughput Computing.

Das Amdahlsche Gesetz

Doch auch die Nutzung dieser Tools verspricht keine endlose Geschwindigkeitssteigerung. Amdahl’s Gesetz besagt nämlich, dass auch bei unendlich vielen Threads schon nur kleine sequentielle Abschnitte eines Programms die maximale Geschwindigkeitssteigerung stark begrenzen:

Geschwindigkeitsteigerung = 1 / (1 – P) mit P = Anteil des parallelisierbaren Codes

Bei nur 10% sequentiellem Code kann das Programm also maximal 10 mal schneller werden. Bei 5% maximal 20 mal so schnell, bei 2% maximal 50 mal so schnell. Aber wer schreibt heute schon Code der sich zu 98 % parallelisieren lässt?

Stellt sich nur noch die Frage, ob diese Entwicklung wirklich in die richtige Richtung geht?

In dem kugelförmigen Gebäude außerhalb CERNs – man braucht also keinen Ausweis um rein zu kommen – werden erstaunliche Physik-Experimente der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Ein paar Mitarbeiter von CERN zeigen dort wie mit flüssigem Stickstoff harmlos aussehende Objekte auf sehr geringe Temperaturen abgekühlt werden und dann plötzlich faszinierende Eigenschaften entwickeln.

Der Supraleiter verliert ab einer bestimmten Grenztemperatur fast völlig seinen elektrischen Widerstand. Das bedeutet, Strom kann nahezu ungehindert fließen. Hält man den Supraleiter nun über einen starken Magneten, baut er als Folge davon ein stabil-bleibendes elektromagnetisches Feld auf, das dem des Magneten entgegenwirkt. Dadurch entwickelt sich eine Art Kraft, die verhindert, dass der Supraleiter aus dem Magnetfeld ausbricht. Mit anderen Worten, er schwebt, aber fällt nicht zur Seite des Magneten runter. Selbst geringes Anstupsen reichte nicht aus, um ihn zu Fall zu bringen.

Zur Veranschaulichung wurden dann verschiedene Modelle von möglichen Einsatzzwecken vorgestellt.

Eine Ex-Eisenbahn könnte zum Beispiel mit Hilfe dieses Materials über einen Teppich von Magneten dahingleiten ohne in einer Kurve aus der Bahn geschmissen zu werden. Die Kräfte sind sogar so groß, dass sie die Bahn über eine Brücke tragen könnten, bei der die Magneten nur an den Seiten – nicht unterhalb der Bahn – befestigt sind. Bestimmt aber würde das zu Problemen bei gegenüber elektromagnetischen Feldern empfindlichen Geräten wie Handys oder Laptops führen.

Eine andere Einsatzmöglichkeit ist zum Beispiel auch der Transport von schweren Gegenständen. Eine magnetische Plattform befestigt über einer beweglichen Supraleiter-Station könnte nahezu mühelos – nämlich nur durch den Luftwiderstand abgebremst – schwere Gegenstände von einem Ort zum anderen transportieren.

Natürlich könnte ich mir auch vorstellen, dass in der Industrie Leiter, die praktisch keinen elektrischen Widerstand haben, für Effizienzsteigerungen eingesetzt werden könnten – wenn da nicht dieses Abkühlen wäre.

Wie auch immer. Ich vermute, dass dem Supraleiter noch eine rosige Zukunft bevorsteht. Mal sehen was daraus wird.

Ich hoffe, dass sowohl interessierte Informatiker als auch Leihen etwas verstehen.

Rückblick: Was war noch mal meine Aufgabe?

Ich soll für CERN ein System entwickeln, das Informationen über jeden einzelnen Rechner, der am Computer-Grid Aufgaben erledigt, sammelt und für die Verantwortlichen zugreifbar macht.

Dieses System besteht also aus einem Programm, das auf jedem dieser Rechner läuft. Von dort aus schick es Informationen verpackt in Nachrichten zu einem einzigen Rechner hier auf dem CERN-Gelände (nämlich im Moment meinem). Diese Informationen werden dann hier ausgewertet und vermutlich später in Form einer Website für andere zugreifbar gemacht.

Im Detail

WNCM (Worker Node Configuration Monitoring) – so habe ich meine Arbeit bisher getauft. Das Programm, das sich auf den Grid-Rechnern (Worker Nodes) befindet (genannt WNCM-Publisher), führt eine Reihe von kleinen Test-Programmen gleichzeitig aus.

Diese bestimmen simple Informationen wie zum Beispiel Werte von Umgegungsvariablen, System-Informatioen, wie Name und Version des Betriebssystems oder die Netzwerkverfügbarkeit durch das Pingen von cern.ch. Natürlich auch noch spezielle andere Informationen über das Grid selbst.

Danach wird alles über ein ActiveMQ Nachrichten-System an den sog. WNCM-Cosumer geschickt, der die Pakete empfängt, auf Korrektheit überprüft und in eine Oracle-Datenbank einpflegt.

Ein weiteres Programm, das bisher noch nicht existiert, wird dann auf Wunsch (z.B. beim Aufruf einer Website) Anfragen an die Datenbank stellen, und diese Informationen in irgend einer übersichtlichen Art und Weise darstellen (Prozentuale Verteilungen, Diagramme, etc.)

Wie weit bin ich?

Bisher kann ich Informationen über die Rechner bestimmen, über ActiveMQ zu meinem Computer übertragen und das meiste davon in eine Oracle-Datenbank einpflegen. Derzeit habe ich noch einige Probleme mit bestimmten Test-Programmen. Zum Beispiel liefert der Test auf die Java-Version auf manchen Systemen einen Exit Status von 139 zurück, den ich noch nicht richtig einordnen kann.

Das Empfangen der Nachrichten klappt schon sehr gut. Auch das Einpflegen der Daten in die Oracle-Datenbank ist nicht schwer. Allerdings erweißen sich einige grid-spezifische Details als schwierig, vorallem da sich Fehler im Datenbank-Design später verherend auf die Auswertung auswirken könnten.

Einige lustige Anfragen kann ich allerdings schon stellen:

Folgende Tabelle zeigt die Anzahl an verschiedenen Rechnern pro Land, auf denen mein Programm heute gelaufen ist:

Nett, nicht wahr?