Das Ziel dieser Arbeit ist die Analyse der Ein- und Ausgabe (E/A) des Ökosystemmodells ECOHAM5. ECOHAM5 ist ein paralleles HPC-Programm, das mit MPI parallelisiert ist. Es werden NetCDF Dateien als Ergebnis der Simulation ausgegeben. Wie bei vielen Erdsystem- und Klimamodellen wird bei ECOHAM5 nur serielle E/A durchgeführt, was die Skalierung stark einschränkt. Für die Analyse wurde ECOHAM5 für parallele E/A erweitert und es wurde die Performance gemessen und analysiert. Zudem wurde parallele E/A in ECOHAM5 implementiert. ECOHAM5 ist ein Erdsystemmodell, das die Ökologie der Nordsee simuliert. Das Modell wird genutzt um Fragen des Kohlenstoffflusses in der Nordsee im Rahmen des Klimawandels sowie Fragen zur Auswirkung unterschiedlicher Belastung des Ökosystems Nordsee durch Nährstoffeinträge von Stickstoff und Phosphor zu untersuchen. Dazu wird die Nordsee in ein dreidimensionales Gitter unterteilt und für jede Gitterzelle werden für eine Reihe von Zustandsvariablen numerische Differenzialgleichungen gelöst. Das Modellgebiet des ECOHAM-Gitters umfasst den Nordwesteuropäischen Kontinentalschelf (NECS) und Teile des angrenzenden Nordostatlantiks. ECOHAM5 ist in Fortran implementiert und nutzt MPI für die parallele Ausführung mit mehreren Prozessen. Jeder dieser Prozesse ist an der Berechnung der Simulation beteiligt. Die Simulationsergebnisse werden in der ursprünglichen Version von ECOHAM5 von einem Prozess/Rechenknoten, dem Masterknoten, mit NetCDF gespeichert. Diese serielle E/A wurde in dieser Arbeit verschiedentlich untersucht. Die Implementierung wurde statisch anhand des Quellcodes analysiert. Die Ausführung wurde gemessen und mithilfe des Tracingprogramms Vampir/Score-P ausgewertet. Für die E/A nutzt ECOHAM5 die Bibliotheken MPI, MPI-IO, HDF5 und NetCDF. Die neue Version von ECOHAM5 mit paralleler E/A konnte sich, auf dem Testsystem mit 10 Rechenknoten, zeitlich nicht von der Version mit serieller E/A absetzten, sondern war etwa zwischen 15% und 25% langsamer.

@mastersthesis{PDEDEK16,
	author	 = {Simon Kostede},
	title	 = {{Performanceanalyse der Ein-/Ausgabe des Ökologiemodells ECOHAM5}},
	advisors	 = {Michael Kuhn and Fabian Große and Hermann Lenhart},
	year	 = {2016},
	month	 = {08},
	school	 = {Universität Hamburg},
	howpublished	 = {{Online \url{https://wr.informatik.uni-hamburg.de/_media/research:theses:simon_kostede_performanceanalyse_der_ein_ausgabe_des_oekologiemodells_ecoham5.pdf}}},
	type	 = {Master's Thesis},
	abstract	 = {Das Ziel dieser Arbeit ist die Analyse der Ein- und Ausgabe (E/A) des Ökosystemmodells ECOHAM5. ECOHAM5 ist ein paralleles HPC-Programm, das mit MPI parallelisiert ist. Es werden NetCDF Dateien als Ergebnis der Simulation ausgegeben. Wie bei vielen Erdsystem- und Klimamodellen wird bei ECOHAM5 nur serielle E/A durchgeführt, was die Skalierung stark einschränkt. Für die Analyse wurde ECOHAM5 für parallele E/A erweitert und es wurde die Performance gemessen und analysiert. Zudem wurde parallele E/A in ECOHAM5 implementiert. ECOHAM5 ist ein Erdsystemmodell, das die Ökologie der Nordsee simuliert. Das Modell wird genutzt um Fragen des Kohlenstoffflusses in der Nordsee im Rahmen des Klimawandels sowie Fragen zur Auswirkung unterschiedlicher Belastung des Ökosystems Nordsee durch Nährstoffeinträge von Stickstoff und Phosphor zu untersuchen. Dazu wird die Nordsee in ein dreidimensionales Gitter unterteilt und für jede Gitterzelle werden für eine Reihe von Zustandsvariablen numerische Differenzialgleichungen gelöst. Das Modellgebiet des ECOHAM-Gitters umfasst den Nordwesteuropäischen Kontinentalschelf (NECS) und Teile des angrenzenden Nordostatlantiks. ECOHAM5 ist in Fortran implementiert und nutzt MPI für die parallele Ausführung mit mehreren Prozessen. Jeder dieser Prozesse ist an der Berechnung der Simulation beteiligt. Die Simulationsergebnisse werden in der ursprünglichen Version von ECOHAM5 von einem Prozess/Rechenknoten, dem Masterknoten, mit NetCDF gespeichert. Diese serielle E/A wurde in dieser Arbeit verschiedentlich untersucht. Die Implementierung wurde statisch anhand des Quellcodes analysiert. Die Ausführung wurde gemessen und mithilfe des Tracingprogramms Vampir/Score-P ausgewertet. Für die E/A nutzt ECOHAM5 die Bibliotheken MPI, MPI-IO, HDF5 und NetCDF. Die neue Version von ECOHAM5 mit paralleler E/A konnte sich, auf dem Testsystem mit 10 Rechenknoten, zeitlich nicht von der Version mit serieller E/A absetzten, sondern war etwa zwischen 15\% und 25\% langsamer.},
}