PCs im Dienst der Wissenschaft

Millionen PCs warten die meiste Zeit darauf, dass der User die nächste Eingabe macht. Jeder kann helfen, diese Rechenkraft für Forschung im Bereich Aids und Krebs zu nutzen.

Vorreiter ist seti@home, die Suche nach intelligentem Leben im Weltall. Dafür werden die von Radioteleskopen aufgefangenen Signale analysiert. Bis 1995 dienten dazu dedizierte Großrechner, dann schlug der Wissenschaftler David Gedye vor, die Ressourcen auszuweiten, indem Rechner über das Internet zusammengeschaltet werden. Nach wenigen Jahren machten bereits 1,3 Millionen PCs von 600.000 Benutzern mit. Inzwischen nutzen weltweit Universitäten diese Struktur für dutzende weiterer Projekte, die sich speziellen Themen widmen, von der Krankheitsbekämpfung über die Klimaveränderungen bis hin zu mathematischen Vermutungen.

Vereinigte Computer

Die Universität Berkeley hat 2002 mit BOINC (Berkeley open infrastructure for network computing) eine Software vorgestellt, die es ermöglicht, Rechenaufgaben in kleine Teile, so genannte Work Units (Arbeitseinheiten), aufzuteilen über das Internet zu streuen und auf demselben Weg die Ergebnisse zurückzuschicken. BOINC beruht auf einer Client-Server-Architektur. Der Server läuft unter Linux oder Unix, der Client ist für Linux, Windows und Mac erhältlich.

Eine Work Unit besteht aus einem Datensatz und dem Programm zur Auswertung und kann mehrere hundert MByte groß sein. Obwohl versucht wird, die Arbeitseinheiten so klein wie möglich zu halten, können Berechnungen mehrere 1.000 CPU-Stunden in Anspruch nehmen und so über Wochen oder gar Monate laufen. Da nicht sichergestellt werden kann, dass alle beteiligten Privatrechner über einen so langen Zeitraum zur Verfügung stehen, vergibt der BOINC-Server Arbeitseinheiten mehrfach (in der Regel dreimal) an verschiedene Teilnehmer, vergleicht die Ergebnisse und fasst sie zu einem Gesamtergebnis zusammen.

Erderwärmung: jedes Projekt stellt sich vor

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Die Startseite des Klimaprojekts im BOINC Manager.

Projektseitig läuft für BOINC ein Apache2-Webserver mit PHP- und Python als Skript- und Programmiersprachen und einer MySQL-Datenbank. Die zu analysierenden Daten bezieht er meist von einem externen Server im Forschungsinstitut. Ein projektspezifisches Programm, der Splitter, teilt sie in kleine Pakete auf. Über den BOINC-HTTP-Server laden die Clients ihre Arbeitseinheiten herunter und die Ergebnisse hoch. Die Hauptarbeit auf dem Server leisten fünf Daemons:

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Der Feeder oder Scheduler versorgt die Clients mit neuen Arbeitseinheiten und bekommt deren Mitteilungen über Erfolg oder Misserfolg der Berechnungen.
Der Transitioner überprüft die Jobs, bei denen sich der Status geändert hat, etwa weil die Berechnung abgeschlossen ist, und stößt die weiteren Arbeitsgänge an.
Der Validator überprüft die zurückgelieferten Ergebnisse auf Korrektheit, indem er die Resultate der verschiedenen Berechnungen des gleichen Arbeitspaketes vergleicht. Idealerweise sind sie identisch. Wenn nicht, bildet der Validator ein Gesamtergebnis. Das genaue Vorgehen hängt dabei von der jeweiligen Fragestellung ab.
Der Assimilator führt die Einzelergebnisse zusammen und bereitet sie für die weitere wissenschaftliche Analyse auf.
Der File Deleter schließlich entfernt nach der Assimilierung die nicht mehr benötigten Dateien.

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