Simuladores de redes de interconexión: un estudio comparativo y evaluación

Abstract

RESUMEN: Los simuladores de redes de interconexión son fundamentales hoy en día para el análisis y la evaluación de las redes empleadas en los sistemas de cómputo de altas prestaciones (HPC). Este trabajo se centra en las herramientas de simulación de red desde el punto de vista de la arquitectura del router. Dentro de los múltiples dominios de uso de las redes de interconexión, este trabajo se ciñe a las redes de sistema (SANs), que son aquellas empleadas para la interconexión de múltiples nodos de cómputo en sistemas de HPC y centros de procesado de datos (CPD). Como parte del trabajo, se realiza un análisis del estado del arte sobre estas herramientas de simulación. A continuación, se seleccionan tres de estos simuladores: CAMINOS, BookSim y SuperSim para un estudio en mayor profundidad. Cabe destacar que CAMINOS está implementado en el lenguaje de programación Rust, mientras que los otros dos emplean C++. Sobre las herramientas seleccionadas se ha llevado a cabo un estudio comparativo, en base a características como la modularidad software, la sintaxis de configuración, o el comportamiento de las simulaciones. Además del estudio comparativo, se hace una evaluación de estos tres simuladores mediante una serie de métricas. Estas métricas abordan tanto la funcionalidad como el rendimiento de las herramientas. La evaluación funcional corrobora que los resultados de la simulación, como la carga aceptada o la latencia de la red, son similares entre los simuladores. La parte de rendimiento tiene que ver con el uso de recursos, como memoria o tiempo de ejecución, que emplean estas tres herramientas. Durante la comparación y evaluación se han detectado una serie de carencias relativas a la modularidad del router modelado en CAMINOS. Estas carencias han llevado al diseño e implementación parcial de un nuevo modelo de router, así como al desarrollo de tres nuevos allocators. Dichas propuestas se han validado de forma experimental. Como principales conclusiones, se ha visto que CAMINOS ofrece resultados funcionales y tiempos de ejecución similares a los de BookSim, permitiendo reducir a más de la mitad el consumo de memoria de la herramienta.

ABSTRACT: Interconnection network simulators are nowadays critical for the analysis and evaluation of networks used in high performance computing (HPC) systems. This dissertation focuses on network simulation tools from the perspective of the router architecture. Among the multiple domains of use of interconnection networks, this work focuses on system area networks (SANs), which interconnect multiple computing nodes in HPC and data centres systems. As part of this project, a state-of-the-art analysis of these simulation tools is presented. Three of these simulators, CAMINOS, BookSim and SuperSim, are then selected for further study. It should be highlighted that CAMINOS is implemented in the Rust language, while the other two use C++. A comparative study has been conducted on the selected tools, according to the software modularity, their configuration syntax, or the behaviour of the simulations. In addition to the comparative study, an evaluation of these three simulators has been performed through a series of metrics. These metrics cover both the functionality and the performance of these tools. The functional evaluation corroborates that the simulation results, such as accepted load or network latency, are similar between the simulators. The performance part is related to the resource usage, such as memory or runtime, used by these three tools. During comparison and evaluation, certain shortcomings have been detected regarding the modularity of the router modelled in CAMINOS. These shortcomings have led to the design and the partial implementation of a new router model, as well as the development of three new allocators. These proposals have been empirically validated. As main conclusions, it has been found that CAMINOS achieves functional results and execution times similar to those of BookSim, and a reduction of memory consumption of more than half.