MyThOS

Im Projekt MyThOS (Many Threads Operating System) wird ein modulares Betriebssystem entwickelt, das auf die Bedürfnisse von HPC-Anwendungen abgestimmt ist.

Projektbeschreibung

Klassische Betriebssysteme verursachen bei Aufgaben, die im Bereich des Hochleistungsrechnens oft anfallen, einen hohen Overhead. Dazu gehören neben dem Aufwand für Kommunikation auch Threadinstanziierung und -Management, Speicherverwaltung und die Verwaltung von Betriebssystemressourcen. Zudem sind traditionelle Betriebssysteme auf den "generellen Fall" ausgelegt und bieten mit Benutzerverwaltung, Sicherheitsmaßnahmen und vielzähligen Ein-/Ausgabemechanismen einen für die meisten HPC-Anwendungen irrelevanten Funktionsumfang, welcher die Laufzeitkomplexität einzelner Anwendungen unnötig erhöht.

In MyThOS dagegen wird  für jede Aktivität nur der minimal notwendige Funktionsumfang bereitgestellt und verwaltet, wodurch der Overhead der Aufgaben des Kernels deutlich verringert werden kann. Zudem wird bei der Entwicklung von MyThOS immer die Parallelisierbarkeit einzelner Betriebssystemaufgaben berücksichtigt, sodass beispielsweise mehrere Threads gleichzeitig von unterschiedlichen Kernen erzeugt werden können, ohne dass sie sich gegenseitig behindern.

MyThOS mündet in einem von Grund auf neu designten verteilten Betriebssystem-Kernel, in dem grundlegende Funktionalitäten wie Thread-Verwaltung, dynamisches Speichermanagement und Kommunikationsroutinen aus ihrem traditionell monolitischen Gefüge entkoppelt werden und selbst parallelisiert und verteilt werden können. Durch den modularen Aufbau des MyThOS Kernels werden Konfigurationsentscheidungen möglich, die zur Laufzeit auf das Anwendungsszenario und die vorhandene Infrastruktur abgestimmt werden können. Ein spezieller Fokus liegt dabei auf der Reduktion des Overheads bei der Thread-Erzeugung und Verwaltung. Dadurch kann ein höherer Parallelisierungsgrad gegenüber gängigen Systemen erreicht werden.

Informationen zum aktuellen Entwicklungsstand und Plänen zur weiteren Entwicklung von MyThOS finden Sie hier.

Evaluation

In experimentellen Untersuchungen konnte ein Geschwindigkeitsgewinn bei der Erzeugung von Threads gegenüber Linux-basierten Systemen um mehr als Faktor 100 gemessen werden.

Die zur Evaluation verwendeten Anwendungsszenarien stammen aus den Bereichen Molekularsimulation, Strömungsmechanik und Multimedia und werden von den einzelnen Projektpartnern bereitgestellt.

Förderung

Das Projekt wird seit 2013 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter der Zuwendungsnummer 01/H13003 gefördert.

Projektpartner

Universität Ulm
Brandenburgische Technische Universität Cottbus
Universität Siegen
Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart
Alcatel-Lucent Deutschland