[論文レビュー] Online Monitoring software framework in the ATLAS experiment

S. Kolos, Igor Alexandrov+22 more|ArXiv.org|May 28, 2003

Particle Detector Development and Performance参考文献 1被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、CERNのATLAS実験を対象としたCORBAベースのオンライン監視ソフトウェアフレームワークを提示する。このフレームワークは、高エネルギー物理学実験中のデータ取得および物理データ品質のリアルタイムでクロスプラットフォームな監視を可能にするものである。フレームワークは、ポータビリティ、スケーラビリティ、および効率的なプロセス間通信を確保しており、テストビーム環境での導入に成功し、リアルタイムワークロード下での性能が実証されている。

ABSTRACT

A fast, efficient and comprehensive monitoring system is a vital part of any HEP experiment. This paper describes the software framework that will be used during ATLAS data taking to monitor the state of the data acquisition and the quality of physics data in the experiment. The framework has been implemented by the Online Software group of the ATLAS Trigger&Data Acquisition (TDAQ) project and has already been used for several years in the ATLAS test beams at CERN. The inter-process communication in the framework is implemented via CORBA, which provides portability between different operating systems and programming languages. This paper will describe the design and the most important aspects of the online monitoring framework implementation. It will also show some test results, which indicate the performance and scalability of the current implementation.

研究の動機と目的

• ATLAS実験のデータ取得および物理データ品質のスケーラブルで、ポータブルかつ効率的なオンライン監視システムの開発を目的とする。
• ライブデータ取得中のデータ取得システムの状態をリアルタイムで可視化することを目的とする。
• 分散されたHEP環境における多様なオペレーティングシステムおよびプログラミング言語間の相互運用性を支援することを目的とする。
• 本格稼働に先立って、テストビームでの導入を通じてフレームワークの性能およびスケーラビリティを検証することを目的とする。
• 大規模なHEP実験におけるオンライン監視のための堅牢で拡張可能なソフトウェア基盤を提供することを目的とする。

提案手法

• フレームワークは、異種システム間での分散型でプラットフォームに依存しないプロセス間通信を実現するため、CORBA（Common Object Request Broker Architecture）を用いる。
• リアルタイムのデータ処理および複数のデータストリームの監視をサポートするため、モジュラーでイベント駆動型のアーキテクチャとして構築されている。
• ATLAS TDAQ（トリガーおよびデータ取得）システムのさまざまなコンポONENTから監視データを収集・集約・可視化するように設計されている。
• 動的設定および実行時再設定をサポートすることで、変化する実験条件に適応できるようにしている。
• 性能と信頼性の検証のため、CERNでのATLASテストビームキャンペーンでプロトタイプ化およびテストされた。
• データ取得中の継続的運用を想定し、低遅延処理およびフェイルセーフ性に重点を置いた実装がなされている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLASのような大規模なHEP実験に対して、スケーラブルでポータブルなオンライン監視システムをどのようにアーキテクチャ設計できるか？
• RQ2 分散されたHEPソフトウェアフレームワークにおいて、効率的でクロスプラットフォームなプロセス間通信を実現する通信ミドルウェアは何か？
• RQ3 テストビーム環境におけるリアルタイムデータ取得ワークロード下で、このフレームワークはどのように動作するか？
• RQ4 複雑で進化を続けるHEP監視システムにおいて、保守性および拡張性を確保するための設計パターンは何か？
• RQ5 多様なサブシステムからの監視データをリアルタイムでどのように集約・可視化できるか？

主な発見

• CORBAベースのフレームワークは、ATLASのテストビームにおいて、複数の異種システム間でリアルタイム監視を成功裏に実現した。
• 低遅延通信および効率的なデータ伝搬が実証され、ライブデータ取得監視に適していることが確認された。
• CORBA設計の意図通り、異なるオペレーティングシステムおよびプログラミング言語間での高いポータビリティを達成した。
• テストビームからのパフォーマンスベンチマークは、実際のワークロード下でのフレームワークのスケーラビリティおよび信頼性を裏付けた。
• モジュラー設計により、段階的導入および既存のATLAS TDAQコンポONENTとの統合が可能になった。
• 実際のテストビーム環境での検証が行われ、本格稼働に向けた準備が整っていることが実証された。