An in-situ visualization approach for parallel coupling and steering of simulations through distributed shared memory files

par Jérôme Soumagne

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de John Biddiscombe, Aurélien Esnard et de Jean Roman.

Le président du jury était Gabriel Antoniu.

Le jury était composé de Olivier Coulaud.

Les rapporteurs étaient Gabriel Antoniu, Witold Dzwinel.

  • Titre traduit

    Une approche de visualisation in-situ pour le couplage parallèle et le pilotage de simulations à travers des fichiers en mémoire distribuée partagée


  • Résumé

    Les codes de simulation devenant plus performants et plus interactifs, il est important de suivre l'avancement d'une simulation in-situ, en réalisant non seulement la visualisation mais aussi l'analyse des données en même temps qu'elles sont générées. Suivre l'avancement ou réaliser le post-traitement des données de simulation in-situ présente un avantage évident par rapport à l'approche conventionnelle consistant à sauvegarder—et à recharger—à partir d'un système de fichiers; le temps et l'espace pris pour écrire et ensuite lire les données à partir du disque est un goulet d'étranglement significatif pour la simulation et les étapes consécutives de post-traitement. Par ailleurs, la simulation peut être arrêtée, modifiée, ou potentiellement pilotée, conservant ainsi les ressources CPU.Nous présentons dans cette thèse une approche de couplage faible qui permet à une simulation de transférer des données vers un serveur de visualisation via l'utilisation de fichiers en mémoire. Nous montrons dans cette étude comment l'interface, implémentée au-dessus d'un format hiérarchique de données (HDF5), nous permet de réduire efficacement le goulet d'étranglement introduit par les I/Os en utilisant des stratégies efficaces de communication et de configuration des données. Pour le pilotage, nous présentons une interface qui permet non seulement la modification de simples paramètres, mais également le remaillage complet de grilles ou des opérations impliquant la régénérationde grandeurs numériques sur le domaine entier de calcul d'être effectués. Cette approche, testée et validée sur deux cas-tests industriels, est suffisamment générique pour qu'aucune connaissance particulière du modèle de données sous-jacent ne soit requise.


  • Résumé

    As simulation codes become more powerful and more interactive, it is increasingly desirable to monitor a simulation in-situ, performing not only visualization but also analysis of the incoming data as it is generated. Monitoring or post-processing simulation data in-situ has obvious advantage over the conventional approach of saving to—and reloading data from—the file system; the time and space it takes to write and then read the data from disk is a significant bottleneck for both the simulation and subsequent post-processing steps. Furthermore, the simulation may be stopped, modified, or potentially steered, thus conserving CPU resources. We present in this thesis a loosely coupled approach that enables a simulation to transfer data to a visualization server via the use of in-memory files. We show in this study how the interface, implemented on top of a widely used hierarchical data format (HDF5), allows us to efficiently decrease the I/O bottleneck by using efficient communication and data mapping strategies. For steering, we present an interface that allows not only simple parameter changes but also complete re-meshing of grids or operations involving regeneration of field values over the entire computational domain to be carried out. This approach, tested and validated on two industrial test cases, is generic enough so that no particular knowledge of the underlying model is required.


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