Tillförlitlighet är ett allvarligt problem för framtida högeffektiva datorsystem (HPC). Prognoser baserade på den nuvarande generationen HPC-system och tekniska färdplaner tyder på att mycket höga felfrekvenser förekommer i framtida system. Medan HPC-gemenskapen har utvecklat olika motståndskraftslösningar, tillämpningstekniker och systembaserade lösningar, är lösningsutrymmet fortfarande fragmenterat. Det finns inga formella metoder och mätmetoder för att integrera olika HPC-resistanstekniker i sammansatta lösningar, och det finns inte heller några metoder för att holistiskt utvärdera sådana lösningars lämplighet och effektivitet i fråga om skydd och deras prestanda- och effekteffektivitetsegenskaper. Dessutom är få av de nuvarande tillvägagångssätten portabla till nyare arkitekturer och programvarumiljöer som kommer att användas på framtida system. I detta dokument utvecklar vi ett strukturerat tillvägagångssätt för design, utvärdering och optimering av HPC-resiliens med hjälp av konceptet designmönster. Ett mönster är en allmän repeterbar lösning på ett vanligt förekommande problem. Vi identifierar de problem som orsakas av olika typer av fel, fel och fel i HPC-system och de tekniker som används för att hantera dessa händelser. Varje välkänd lösning som tar itu med en specifik HPC-resistansutmaning beskrivs i form av ett mönster. Vi utvecklar en komplett katalog över sådana mönster för motståndskraftsdesign, som kan användas av systemarkitekter, systemprogramvara och verktygsutvecklare, applikationsprogrammerare samt användare och operatörer som viktiga byggstenar vid utformning och driftsättning av motståndskraftslösningar. Vi utvecklar också en designram som ökar en designers förståelse för möjligheterna att integrera flera mönster över lager av systemstacken och de viktiga begränsningarna under implementeringen av de enskilda mönstren. Det är också användbart för att definiera mekanismer och gränssnitt för att samordna flexibel felhantering mellan maskinvaru- och programvarukomponenter. Motståndskraftsmönstren och konstruktionsramarna möjliggör också prospektering och utvärdering av designalternativ och stöder optimering av kostnads-nyttojämförelser mellan prestanda, skyddstäckning och effektförbrukning av motståndskraftslösningar. Det övergripande målet med detta arbete är att fastställa en systematisk metod för utformning och utvärdering av motståndskraftsteknik i extrema HPC-system som håller vetenskapliga tillämpningar igång till en korrekt lösning i rätt tid och kostnadseffektivt sätt trots frekventa fel, fel och fel av olika typer.
De motståndskraftsdesignmönster REF och det mönsterspråk som presenteras i detta dokument är avsedda att förse HPC-designers med ett tillvägagångssätt för att systematiskt utforma och implementera heltäckande motståndskraftslösningar.
Resilience Design Patterns: A Structured Approach to Resilience at Extreme Scale
{'venue': 'ArXiv', 'journal': 'ArXiv', 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}