[論文レビュー] Detector Description Framework in LHCb

Sbastien Ponce, I. Belyaev+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、LHCb検出器記述フレームワークを提示する。これはGaudiベースのシステムであり、XML永続化を用いて検出器の幾何構造、材料、アライメント、キャリブレーション、状態データを統合的に管理する。シミュレーション、再構築、解析ワークフローの間でシームレスかつオンデマンドでアクセス可能であり、拡張性、状態データベース統合、編集・検証・3次元可視化のためのツールを備える。大規模データチャレンジにおいて安定的かつスケーラブルであることが実証済み。

ABSTRACT

The Gaudi architecture and framework are designed to provide a common infrastructure and environment for simulation, filtering, reconstruction and analysis applications. In this context, a Detector Description Service was developed in LHCb in order to also provide easy and coherent access to the description of the experimental apparatus. This service centralizes every information about the detector, including geometry, materials, alignment, calibration, structure and controls. From the proof of concept given by the first functional implementation of this service late 2000, the Detector Description Service has grown and has become one of the major components of the LHCb software, shared among all applications, including simulation, reconstruction, analysis and visualization. We describe here the full and functional implementation of the service. We stress the easiness of customization and extension of the detector description by the user, on the seamless integration with condition databases in order to handle time dependent data and on the choice of XML as a persistency back-end for LHCb Detector data. We show how the detector description can be shared but still contains application specific data and keeps at the same time several levels of granularity. We present several external tools which provide additional value to the Detector Description Service like a dedicated, easy to use XML editor and different geometry checkers. We finally give hints on how this service could evolve to be part of a common effort between all LHC experiments that would aim at defining common Detector description tools at the level of the LCG project.

研究の動機と目的

• LHCb実験における複雑な検出器データを統合的かつ拡張可能に管理するフレームワークを提供すること。
• 時間変動する検出器状態（例：アライメント、キャリブレーション）をソフトウェアアプリケーション間でシームレスに統合できること。
• メモリ使用量を最適化するため、細粒度でオンデマンドで検出器データを読み込むこと。
• ユーザーが拡張可能なデータモデルおよび編集・検証・可視化のためのツールを提供すること。
• 共通の検出器記述アプローチを通じて、LHC実験間の相互運用性および標準化の可能性を促進すること。

提案手法

• 検出器要素をオンデマンドでキャッシュするGaudiフレームワークの一時的ストアメカニズムを活用し、メモリオーバーヘッドを低減する。
• 人間が読みやすい拡張可能なXML形式で検出器データを永続的に保存し、複数ファイル間の参照をサポートする。
• 『conddb』プロトコルを介して状態データベースと統合し、時間およびバージョン依存のデータ取得を可能にする。
• プラグインアーキテクチャを採用し、ユーザーがC++オブジェクトを独自に定義し、コアコードを変更せずにデータスキーマを拡張可能にする。
• 複数ファイル間の参照を適切に処理し、読みやすいインデント付きXML出力を維持するグラフィカルなXMLエディタを提供する。
• Geant4ベースのDavidツールと粒子輸送サービスをそれぞれ可視化およびアルゴリズム的幾何検証に用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギー物理学実験において、シミュレーション、再構築、解析ワークフロー間で検出器データを一貫して共有する方法は何か？
• RQ2 階層的かつ詳細な情報に完全にアクセスしつつ、効率的なオンデマンド検出器データ読み込みを実現するメカニズムは何か？
• RQ3 時間変動する検出器状態（例：アライメント、キャリブレーション）を、永続的かつバージョン管理可能なデータモデルにシームレスに統合する方法は何か？
• RQ4 複雑な検出器幾何構造の検証および隠れたボリュームの重複を特定するのに効果的なツールは何か？
• RQ5 コア機能に影響を与えることなく、エンドユーザーが検出器記述フレームワークをどの程度拡張・カスタマイズできるか？

主な発見

• 検出器記述フレームワークは、大規模データチャレンジにおいて5000万件以上のイベント処理に成功し、安定性とスケーラビリティを実証した。
• XMLを永続フォーマットとして使用することで、人間が読みやすく保守可能であり、複数ファイル間の複雑な参照もサポートする。
• 『conddb』プロトコルを介した状態データベース統合により、ユーザー側の構成を最小限に抑えつつ、時間およびバージョン依存のデータへの透明なアクセスが可能になった。
• 非インタラクティブであるにもかかわらず、輸送サービスは視覚的デバッガ（David）よりも信頼性が高かった。
• グラフィカルなXMLエディタは、参照を知的に処理し、コードの可読性を保ちながら、複数ファイルにまたがるデータ編集を簡素化した。
• Panoramix（3次元可視化ツール）は、幾何構造のレンダリングに加え、イベントデータ表示、ヒストограмの取り扱い、Pythonスクリプトによるインタラクティブ解析もサポートする。