И.Голутвин, В.Кореньков, А.Лаврентьев, Р.Позе, Е.Тихоненко

ПОДДЕРЖКА КОМПЬЮТИНГА СМS В ОИЯИ


Введение.

Научная программа исследований на создаваемом в CERN крупнейшем в мире ускорительном комплексе частиц- Большом Адронном Коллайдере (LHC - Large Hadron Collider) выполняется крупнейшими научными коллаборациями. Коллаборация CMS создает одну из двух основных экспериментальных установок на LHC - Компактный Мюонный Соленоид (CMS - Compact Muon Solenoid) для решения фундаментальных проблем физики высоких энергий. В настоящее время в коллаборацию CMS входит более 1600 ученых из 151 научного центра мира, в том числе и большая группа сотрудников ОИЯИ. Для оптимального выполнения принятых обязательств в 1994 году Российские институты и страны-участницы ОИЯИ организационно объединились ( RDMS - Russia-Dubna Member States).

Решение многих задач как на стадии конструирования установки CMS, так и на этапе ее эксплуатации, предполагает активное использование компьютерных средств. Учитывая широкий спектр таких задач и факт удаленности месторасположения научных центров, членов коллаборации, друг от друга, в CERN'e создан проект по компьютингу CMS (TPC - Technical Proposal for CMS Computing) [1]. Определение стратегии компьютинга CMS проводилось в контексте координации работ всех специалистов, работающих в различных научных центрах, и с учетом стремительно меняющейся ситуации в компьютерной сфере.

Правильно выбранная стратегия компьютинга позволит успешно решать задачи проектирования установки CMS (а в дальнейшем и ее эксплуатации). Развитие высокоскоростных компьютерных сетей связи будет способствовать консолидации усилий всех участников коллаборации: это и возможность проводить телеконференции, и координация разработок программного обеспечения, и организация доступа по сети к экспериментальным данным, документации и физическим результатам.

Разработанные в CERN'e предложения по компьютингу CMS касаются как стадии конструирования установки, так и периода ее эксплуатации. Компьютерные требования на этих двух этапах существенно разнятся. В данном кратком обзоре мы будем касаться в основном ближайших лет, т.е. работ на стадии конструирования установки CMS.


Поддержка компьютинга CMS в ОИЯИ.

Поскольку поставленные в проекте CMS физические задачи диктуют свои специальные требования к компьютерным системам (компьютерам и математическому обеспечению, системам памяти и организации сетей), то наша стратегическая цель- максимально этим требованиям cоответствовать. В этой связи можно считать, что поддержка компьютинга СMS в ОИЯИ должна обеспечивать возможность выполнения (и продолжения уже начатых в CERN'e) работ в ОИЯИ в условиях, максимально приближенных к условиям компьютерной инфраструктуры СERN'a.


Некоторые общие требования к компьютингу CMS.

В CERN-проекте по CMS-компьютингу можно выделить некоторые основные задачи на этапе конструирования установки CMS:

  1. Моделирование физических процессов и установки:

    • генерация событий;

    • трекинг частиц;

    • моделирование радиационного фона и электронных шумов;

    • моделирование тригеров различного уровня;

    • реконструкция и анализ событий;

    • визуализация событий и процессов.

    Перечисленные задачи решены и решаются в общей программе моделирования CMSIM установки CMS. Программу CMSIM предполагается в ближайшее время перевести на объектно-ориентированную платформу. Главное требование коллаборации CMS- наличие во всех научных организациях, участвующих в работах по моделированию, актуальных версий CMSIM, соответствующего программного окружения и использование общепринятых Монте-Карло генераторов физических процессов (пакеты PYTHIA, ISAJET, JETSET, HERWIG и др.).

  2. Оптимизация установки:

    • определение аксептанса детекторов (эффекты пустот, "мертвых" материалов и т.д.);

    • оценка разрешения по энергии калориметров и импульсного разрешения мюонных камер и центрального tracker'a;

    • минимизация количества вещества (особенно в tracker'е);

    • оценка загрузочной способности детекторов.

  3. Проведение beam-тестов и обработка данных с beam-тестов.

  4. Конструкторские разработки:

    • механические и конструкционные разработки;

    • разработка электроники;

    • контроль за качеством готовых частей прототипов и установки.

  5. Распространение информации и сообщение по сети:

    • доступ к информации через WWW-серверы;

    • наличие на WWW-серверах коллаборации гибкой и мощной системы поиска информации;

    • быстрые каналы сетевой связи с CERN'ом и между организациями, членами CMS;

    • проведение телеконференций.

    Предполагается наличие WWW-серверов в основных региональных компьютерных центрах коллаборации (с рекомендацией CERN-проекта использовать возможности языка JAVA). Большое внимание будет уделяться развитию и совершенствованию сетей связи.

  6. Унификация компьютерной инфраструктуры:

    • выбор операционной системы, обеспечивающей:

      - 32- и 64- битную поддержку;

      - оконный пользовательский интерфейс;

      - мультизадачный режим работы;

      - широкий набор языков программирования (С++, С, F90, F77);

      - возможность служить задачам инженерных разработок;

    • выбор языка программирования, который должен:

      - быть объектно-ориентированным;

      - обеспечивать высокий уровень абстракции;

      - быть конкурентно-способным по отношению к основному на данный момент в физике высоких энергий языку программирования FORTRAN;

      - быть стандартным языком с точки зрения широкого распространения его на рынке;

      - поддерживать ANSI-стандарт;

      - поддерживать необходимые прикладные библиотеки (GEANT4, NAG++, LAPACK++ и др.);

      - иметь препроцессорные возможности для избирательного компилирования;

    • выбор системы обработки текстов с точки зрения создания документов коллаборации (публикаций, технических предложений и т.п.);

    • выбор script- языка, который должен:

      - давать пользователю не только возможность определять набор операций, которые следует выполнить, но и предоставлять возможность вызова script-файла с параметрами, иметь интерфейс с операционной системой и широкий набор алгебраических функций, допускать возможность не только интерпретирования, но и компилирования.


    На данный момент выбор остановлен на операционной системе UNIX с непременным условием наличия программного окружения типа HEPix во всех региональных центрах. (В более узком смысле есть требование перехода от операционной системы SunOS к операционной системе Solaris, поскольку с 1996 года cernlib в среде SunOS не поддерживается).

    В качестве языка программирования предпочтение отдано языку С++ в связи с полным переходом на объектно-ориентированную платформу. При этом следует отметить, что к 1998 году предполагается полный отказ от использования языка FORTRAN. Происходит переход от CMZ-технологии сборки библиотек к технологии CVS.

    Текстовый процессор LaTex пока предлагается как основной инструмент для создания документов (с возможностью извлечения графики из статей в eps-формате). Отдельные иллюстрации должны представляться на WWW- серверах в gif- и jpeg-форматах. Perl выбран в качестве языка для написания script-файлов.

  7. Организация региональных компьютерных центров.

Организации региональных вычислительных центров придается крайне важное значение прежде всего потому, что только половину требуемых ресурсов (CPU и дисковой памяти) для работ по Монте-Карло моделированию планируется иметь непосредственно в CERN'e. T.е. 50\% работ по моделированию будет производится в региональных центрах. Это потребует не только наличия соответствующих вычислительных мощностей в региональных центрах, но и надежных и быстрых сетевых коммуникаций для возможности работы на компьютерах региональных центров по сети.



Исследования и разработки, ведущиеся в ОИЯИ по тематике CMS с привлечением компьютерных средств.

Коллаборация RDMS, в составе которой работают сотрудники ОИЯИ, полностью отвечает за проектирование, изготовление и ввод в эксплуатацию торцевых адронных калориметров (Endcap HCAL) и передней мюонной станции ME1/1.

ОИЯИ также принимает участие в работах по созданию предливневого детектора (Endcap Preshower) и по разработке мюонного триггера и программ физического анализа экспериментальных данных.

Если иметь в виду использование компьютерных средств, то ведутся работы по механическому проектированию, разработке электроники для указанных детекторов, их моделированию, изучению физических процессов и обработке данных beam-тестов на прототипах этих детекторов.

Эффективность проведения работ обусловлена тем, что они выполняются как на основе моделирования, так и с привлечением информации, полученной на beam-тестах.

Для проведения этих работ в ОИЯИ должен быть обеспечен доступ к экспериментальной информации, записанной на beam-тестах.



Создание Sun-CMS кластера в ОИЯИ.

В 1997 году для проведения перечисленных работ по тематике CMS был создан кластер из трех SunSparc станций с общим дисковым пространством 24 Gb, работающий под управлением операционной системы Solaris 2.5.1. Приобретение ОИЯИ site-лицензий на трансляторы языков C++ и Fotrtan77 дает возможность полноценной работы со всеми программными продуктами, поддерживаемыми в CERN'e. На кластере также инсталлировано большинство из широко используемых программных продуктов GNU/FSF. Программное окружение на Sun-CMS кластере в ОИЯИ максимально приближено к программному окружению на CERN-кластере cms.cern.ch.

На Sun-CMS кластере ОИЯИ сотрудниками ЛВТА и ЛСВЭ проводится обработка данных с прототипов детекторов CMS, осуществляется постановка актуальных версий CMSIM и проводятся работы по моделированию физических процессов и установки. Кластер также используется как архивный сервер для электронных и механических разработок. Пользователями кластера являются около 40 сотрудников ОИЯИ, участвующих в проекте CMS.


Информационная поддержка участия коллаборации RDMS в эксперименте CMS.

В 1996 году был создан информационный WWW-сервер ( http://rdms-cms.jinr.ru ), который летом 1997 года был принят как официальный Web-сервер коллаборации RDMS. Структура сервера и качество представления информации получили высокую оценку экспертов CERN'a. На RDMS CMS WWW-server в настоящее время имеются ссылки с CERN web-серверов CMSDOC и CMSINFO.

На сервере содержится информация об основных направлениях деятельности RDMS, в том числе, "RDMS CMS Project", "RDMS 1996 Annual Report", списки участников коллаборации RDMS, основные публикации, данные об институтах-участниках RDMS, а также различные рабочие материалы и сведения о семинарах, совещаниях и конференциях RDMS.

ОИЯИ является головной организацией проекта БАФИЗ ("Создание распределенной сети баз знаний в области фундаментальных свойств материи и прикладной ядерной физики"), финансируемым РФФИ. Соисполнителями проекта являются несколько ядерно-физических центров России, в число которых входят такие участники коллаборации RDMS, как Научно-Исследовательский Институт Ядерной Физики МГУ (НИИЯФ МГУ), Институт Физики Высоких Энергий (ИФВЭ, Протвино), Институт Теоретической и Экспериментальной Физики (ИТЭФ, Москва), Петербургский Институт Ядерной Физики (ПИЯФ, Санкт-Петербург), Институт Ядерной Физики Сибирского отделения РАН (ИЯФ, Новосибирск). В рамках проекта БАФИЗ также осуществляется информационная поддержка участия этих физических центров в коллаборации CMS.



Дальнейшая поддержка компьютинга CMS в ОИЯИ

Дальнейшую поддержку компьютинга CMS в ОИЯИ можно рассматривать, с одной стороны, как расширение существующих вычислительных мощностей и создание инфраструктуры, соответствующей единым требованиям к компьютингу CMS:

  • развитие внешних сетевых коммуникаций;

  • модернизация локальной сети ОИЯИ (переход к технологии ATM);

  • поддержка и расширение Sun-CMS кластера;

  • дальнейшее развитие информационного WWW-сервера RDMS (http://rdms-cms.jinr.ru);

  • централизованное обеспечение в ОИЯИ СAD/CAM программным обеспечением;

  • наличие адекватного CERN оборудования и математического обеспечения для проведения телеконференций.

    Однако стратегически важным явлется освоение новых программных технологий, с том числе, переход к объектно-ориентированному программированию, работа с объектно-ориентированными базами данных и современными средствами визуализации, что потребует от ОИЯИ приобретения соответствующих программных продуктов, переориентации специалистов, многие годы использовавших язык Fortran, к программированию на С++, а также привлечения молодых специалистов, владеющих объектно-ориентированным подходом.

    Намерения ОИЯИ по компьютингу CMS в ОИЯИ и текущее состояние реализации этих намерений докладывались на ежегодных совещаниях коллаборации RDMS в CERN'e в 1996 и 1997 г.г. [2-5].


    Литература.
    1. "CMS Computing Technical Proposal", CERN/LHCC 96-45

    2. R.Pose, E.Tikhonenko "CMS Computing at JINR", in Proc. of Second Annual RDMS CMS Collaboration Meeting, CMS Document, 1996-213, Meeting General, p.p. 118-120.

    3. E.Tikhonenko "Proposal for RDMS CMS WWW-Server", ibid., p.p. 121-126.

    4. V.Kadykov, V.Korenkov, A.Lavrent'ev, V.Mitcin, R.Pose, E.Tikhonenko "Sun-CMS Cluster at JINR", in Proc. of Third Annual RDMS CMS Collaboration Meeting, December, 1997 (to be published).

    5. V.Korenkov, V.Razuvakina, E.Tikhonenko "Technical Support of RDMS CMS WWW-Server", ibid.