Афондеркин С.Ю., Гаязов С.Е., Игнатов Ф.В. Использование распределенной обработки для контроля качества данных детектора КМД-3

Аннотация: КМД-3 – детектор элементарных частиц, работающий на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-2000 в Институте Ядерной Физики им. Г.И.Будкера. Для обеспечения конечного контроля качества записанных данных и диагностики сбоев в подсистемах детектора, выполняется полная реконструкция событий с помощью программного обеспечения, разработанного коллаборацией КМД-3. В зависимости от светимости коллайдера, на установке может регистрироваться до 1500 событий в секунду, что в 30 раз превышает среднюю скорость их обработки одним процессом. В целях повышения эффективности работы системы сбора данных детектора и ускорительного комплекса в целом, с помощью распределения потока событий по нескольким процессам обработки, скорость реконструкции была увеличена до значений, возникающих при пиковой светимости. В статье приведен общий обзор систем для сбора и обработки данных детектора, а также описана архитектура распределенной версии программного обеспечения реконструкции событий, зарегистрированных детектором. Для поиска оптимального архитектурного решения были использованы методы системного анализа и структурной декомпозиции компонентов систем сбора и обработки данных, в результате в качестве решения был предложен и реализован паттерн "трубы и фильтры". При реализации была применена методология императивного параллельного программирования. Приложение для обработки данных было дополнено модулями для передачи необходимых данных между обрабатывающими процессами. Реализованная система может обрабатывать события со скоростью их записи, что позволяет получать информацию о интегральных характеристиках работы комплекса и реагировать на сбои в работе электроники и ПО детектора в реальном времени.

Ключевые слова:

Abstract: CMD-3 – a particle detector, running on electron-positron collider VEPP-2000 in the Budker Institute of Nuclear Physics. In order to ensure the final quality control of recorded data and diagnosis of faults in the subsystems of a detector a full reconstruction of events is performed by software developed by CMD-3 collaboration. Depending on the luminosity of the collider up to 1500 events per second can be detected, which is 30 times higher than the average speed of its processing by a single process. In order to improve the efficiency of data collection and detector system as a whole, the speed of reconstruction was increased using multiple distribution processing processes to keep up with the values arising at peak luminosity. The article provides an overview of systems for data collection and processing of the detector and also describes the architecture of a distributed version of the software reconstruction of the events recorded by the detector. To find the best architectural solution methods of system analysis and structural decomposition components of data collection and processing systems were used, resulting in a proposed solution that implements a pattern of "pipes and filters". A methodology of imperative parallel programming has been applied. Modules for the transfer of necessary data processing between processes were added to the application. The implemented system can handle events with the speed of recording, which provides information on the integral characteristics of the complex, and allows responding to malfunctions in the electronics and software of the detector in real time.

Keywords: