实验物理与计算资源 Zhang Shaoqiang March 22, 2004.

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1 实验物理与计算资源 Zhang Shaoqiang March 22, 2004

2 理论体系和BES实验 基本粒子及相互作用

3 物理理论 对基本粒子及相互作用的描述 弦理论(String?) 引力理论 大统一理论 广义相对论 超对称(Super Symmetry?)
引力理论 大统一理论 广义相对论 超对称(Super Symmetry?) 电弱理论(EW Theory) 强相互作用理论 量子色动力学(QCD) 电磁相互作用 弱相互作用 量子电动力学(QED) (V-A Theory etc.)

4 实验物理中心的物理课题 Tau轻子质量的精确测量 J/Psi、Psi’物理 D/Ds物理 R值测量 Psi(3770)
~1777MeV, 精度~0.4MeV J/Psi、Psi’物理 由粲夸克（c）及相应反夸克构成的介子 D/Ds物理 由粲夸克（c）和（u、d、s）轻夸克构成的介子 R值测量 QCD理论检验，Higgs质量的估计等 Psi(3770)

5 BES探测器及实验方法 北京谱仪的主要探测器 顶点探测器、主漂移室、飞行时间计数器、簇射计数器、磁铁线圈、Muon子计数器、亮度探测器等

6 北京谱仪上的物理实验 Mento Carlo模拟 离线数据处理 加速器中心提供正负电子束流， 在北京谱仪中心点对撞 BES电子学系统
离线刻度 BES电子学系统 触发系统 在线取数及监测系统 Mento Carlo模拟 软件模拟真实物理过程，包括正负电子对撞、 粒子产生和衰变、在各探测器的响应及在线触发等 产生和真实实验类似的事例 MC RAW DST 物理分析

7 BES物理实验中的数据 Event size (KB) 1RUN ~30000 Events (MB) J/Psi 2年数据 ~5000 RUN (GB) RAW 原始数据 2 60 300 REC. 重建数据 4 120 600 DST 重建压缩数据 0.6 18 90 MC-RAW MC-REC. MC-DST MC-MCMADE 摸拟信息数据 实际上在磁盘上存储的文件可能是上述一类数据，也可以是二类或三类数据的组合。例如实际的重建数据文件包含 RAW，Mento Carlo DST数据文件包含 MC-MCMADE. 这种组合型数据增加了文件大小，但为利于物理分析这种方式是必要的

8 其它数据文件包括在线数据库文件、亮度记录文件、各类离线刻度文件等.每类文件大小大约是 DST 数据的1/3-1/20

9 BESI/II总数据量的估计 900GB×(1+1.5)×2×(1+0.5) ≈ 7TB A = J/Psi2年重建数据
A×(1+K(其它物理课题))×N(重建次数)×(1+O(其它类型数据)) 900GB×(1+1.5)×2×(1+0.5) ≈ 7TB 没有考虑Mento Carlo数据,Mento Carlo产生的事例一般是真实数据事例的1-10倍! 在BESFARM上的3000万J/Psi Mento Carlo数据约120GB (J/Psi真实数据5000万)

10 BESIII总数据量的估计 7TB×(12/2)×(3000/20) ≈ 6300TB
单个在线事例的记录长度由2K增加到12K(取决于探测器特征),在线触发率由20event/s增加到3000event/s(取决于加速器亮度) 7TB×(12/2)×(3000/20) ≈ 6300TB

11 CPU和网络速度 BESI/II CPU使用状况
Pentium IV 1.5GHz上重建一个RUN(30000events)约7分钟 IHEPFARM上(11CPU)重建2年J/Psi数据(5000RUN)约一周时间 Mento Carlo 模拟事例产生(Pentium III 1.0GHz) 每秒产生事例(event/s) 产生1RUN(30000事例)的时间(hour) 双Muon事例 12 2/3 Bhabha事例 1 8 Hadron强子事例 2 4 BESIII 对CPU的需求和磁盘需求一样,相对BESII要乘上因子(6×150) ~ 900

12 BES数据流程 BESIII网络 考虑常数因子 900 在线数据带记录40KB/s
重建写盘速度300KB/s,10Mbits/s网络就能满足需要.对FARM中的服务器若有10个客户端则可配置100M网络 对访问数据频繁的物理分析作业,服务器配置1000M网络是基本要求 BESIII网络 考虑常数因子 900

13 BES各类作业对计算资源的需求 高 中 低 作业类型 DISK SPACE CPU NETWORK 数据处理 在线磁带预处理 数据重建
压缩、分类 离线刻度 Mento Carlo 物理分析 一般分析 J/Psi、Psi’分波分析 高 中 低

14 BES PCFARM现状 作业系统用PBS(Portable Batch System)取代了NQS(Network Queuing System) 优势: 增强了作业各项功能,具有灵活的用户开发接口 不足: 缺少单个队列的独立性,用户即使递交作业到空闲队列也要受总作业数的限制.单个队列的权限没有得到认可. 现有PCFARM的规模 一台服务器+(10~20)台节点机,缺乏大型PCFARM管理经验

15 操作系统和BES软件结构 BESI/II采用的系统和结构
操作系统: VAX/VMS,HP/UX,PC/LINUX,(IBM/AIX,SUN/OS) 软件所用的语言: FORTRAN (支持多平台数据交换,浮点数表示) 外部库: CERN Library, Xlib. PAW, GEANT3 etc. 软件开发和管理: CMS(在VAX上运行),Codeman(网络型) 作业递交: NQS

16 BESIII系统和结构方案? 操作系统: 以PC/LINUX为主 软件所用的语言: C++
外部库: CERN Library, Xlib. CLHEP(Class Library for High Energy Physics) ROOT, Anaphe, GEANT4 etc. 数据库: PostgreSQL 软件开发和管理: CVS 作业递交: PBS?

17 计算中心计算环境和BESIII物理实验 计算中心现有软硬件技术 操作系统: LINUX (REDHAT7.3?) 网络文件系统: AFS
考虑操作系统的稳定性以及和西欧中心物理软件的兼容性 网络文件系统: AFS 增强文件系统的灵活性、提供安全机制 虚拟存储系统: CASTOR、磁带库、磁盘阵列、mySQL数据库 分级存储，适应海量数据存储和处理分析的需要 作业递交和管理: PBS? 灵活配置服务器、节点机和PBS队列,开发合适的用户接口 千兆交换机、光纤设备 合理的硬件连接方案

18 影响BES计算环境的因素 BESIII数据规模因子(900?) 离线数据处理和物理分析系统 计算中心的计算环境
在线和触发判选系统: 减少电子学噪音、提高好坏事例判断力 加速器亮度: 原则上越高越好 离线数据处理和物理分析系统 C++,面向对象的设计语言.即使采用优化的 Object Oriented 设计方案仍有可能增加CPU的开销 数据结构,直接影响数据量的大小 数据分类方案,对CPU、数据量、网络都有一定影响 计算中心的计算环境 建立和BES在线取数系统的光纤连接通道 根据数据处理和分析流程分类设计PCFARM 以CASTOR为中心的存储管理系统直接影响其它软硬件系统的运作 采用新的硬件技术消除各种瓶颈

19 另外,计算机行业3~5年内的新技术对最后BES实验的计算环境也有较大影响
参考内容

20 Block Diagram of BES III Trigger
TOF Global Trigger Logic DISC Hit/Seg Count Track Match MDC DISC Track Seg. Finder Track Finder EMC Energy Balance TrigSum TC Sum Etotal Sum L1P Cluster Counting MU DISC Mu track CLOCK RF TTC 3.2 s

21 MDC trigger simulation
Feasibility of trigger scheme study Trigger efficiency study Wire in-efficiency influence study Backgrounds rejecting ability study Production of configuration data Track Segment Finding Track Finding/PTD

22 BESIII DAQ Scheme

23 High mass Higgs HZZ l+l– jet jet
Need higher Branching fraction (also nn for the highest masses ~ 800 GeV/c2) At the limit of statistics