Cloud Computing mit mathematischen Anwendungen

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1 Cloud Computing mit mathematischen Anwendungen Dr. habil. Marcel Kunze Engineering Mathematics and Computing Lab (EMCL) Institut für Angewandte und Numerische Mathematik IV Karlsruhe Institute of Technology (KIT) 9. Programming the Cloud KIT University of the State of Baden-Württemberg and National Laboratory of the Helmholtz Association

2 Software Development Tools! IDE = Integrated Development Environment! Eclipse framework is very prominent: 2 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

3 AWS Plugin for Eclipse! Development of Java programs: AWS SDK! Management of AWS resources: EC2, Simple DB, Elastic Beanstalk! Installation instructions at 3 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

4 Hausaufgabe 9: Google App Engine 1. Installieren Sie die Eclipse Entwicklungsumgebung 3.6 ( Helios ). Die Integration der Google App Engine ist beschrieben unter 2. Installieren Sie das App Engine Plugin für Eclipse entsprechend der Anleitung unter 3. Probieren Sie die Guestbook-Applikation aus:! File -> New -> Web Application Project! Project Name: Guestbook! Run -> Run as -> Web Application Führt das Programm auf einem lokalen Webserver aus unter Laden Sie das Programm anschließend in den Google-Appspot, indem Sie den GAE-Button drücken. Achtung: Es muss bereits vor dem Hochladen eine Application-ID registriert sein!! Anwendungen können in der GAE-Konsole verwaltet werden. Bis zu 10 Application-IDs können angelegt werden. 4 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

5 GAE Konsole! Verwaltung von GAE-Anwendungen im Appspot! Versionskontrolle und Monitoring 5 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

6 Beispiel: Guestbook-Applikation 6 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

7 Anwendungsbeispiel: Klimasimulation r 1 t 1 t 2 r 2 r 3 7 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

8 Klimasimulation Negative Terme: Energieaufnahme Reflektion geht durch Rückstrahlung Boden Gewinn durch Konvektion Wird weder abgestrahlt noch reflektiert Boden und Weltall Was durchkommt, wird nicht reflektiert Verlust durch Konvektion Verlust in Atmosphäre Zustrom aus Atmosphäre 8 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

9 Klimasimulation 9 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

10 Klimasimulation Schreiben Sie ein Java-Programm zur Lösung der gekoppelten Gleichungen und testen Sie es mit den folgenden 3 Szenarien: 10 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

11 public class Klima Simulation s; double temperatur = 0.; String name; Klima(String Name,double TB,double TA,double R1,double R2,double R3,double T1,double T2) name = Name; s = new Simulation(TB,TA,R1,R2,R3,T1,T2); public void berechne() double t; do t = temperatur; temperatur = s.iteration(); while (Math.abs(t - temperatur) > 0.001); double temperatur() return temperatur; String name() return name; String print() return (name+"\t- Temperatur: "+temperatur+" K"); 11 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

12 Hauptprogramm public static void main(string[] argv) Klima gegenwart = new Klima("Gegenwart",280.,320.,0.30,0.11,0.31,0.53,0.06); gegenwart.berechne(); System.out.println(gegenwart.name()+":"+gegenwart.temperatur()); Klima komet = new Klima("Komet ",280.,320.,0.36,0.11,0.37,0.43,0.05); komet.berechne(); System.out.println(komet.name()+":"+komet.temperatur()); Klima treibhaus = new Klima("Treibhauseffekt",280.,320.,0.30,0.10,0.34,0.53,0.05); treibhaus.berechne(); System.out.println(treibhaus.name()+":"+treibhaus.temperatur()); 12 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

13 Klasse Simulation class Simulation // Physikalische Konstanten final static double sigma = e-8;// Stefan-Boltzmann-K. final static double S = 1360.;// Solarkonstante(W/m^2) final static double c = 2.6;// Konstante der Konvektion(W/m^2/K) // Simulationsparameter double Tb; // Anfangswert fuer Bodentemperatur double Ta; // Anfangswert fuer Atmosphaerentemperatur double r1; // Reflexionskoeff. Atmosphaere im kurzwell.bereich double r2; // Reflexionskoeff. Boden im kurzwell.bereich double r3; // Reflexionskoeff. Atmosphaere im langwell.bereich double t1; // Transmissionskoeff. Atmosphaere im kurzwell.bereich double t2; // Transmissionskoeff. Atmosphaere im langwell.bereich Simulation(double TB,double TA,double R1,double R2,double R3,double T1,double T2) Tb = TB; Ta = TA; r1 = R1; r2 = R2; r3 = R3; t1 = T1; t2 = T2; 13 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

14 Energiebilanz // Energiebilanz der Atmosphaere double f(double Tb,double Ta,double r1,double r2,double r3,double t1,double t2) return -(1.-r1-t1+r2*t1)*S/4.-c*(Tb-Ta)-sigma*Math.pow(Tb,4.)*(1.-t2-r3)+2.*sigma*Math.pow(Ta,4.); // Energiebilanz des Bodens double g(double Tb,double Ta,double r2,double r3,double t1) return (-t1)*(1-r2)*s/4.+c*(tb-ta)+sigma*math.pow(tb,4.)*(1.-r3)-sigma*math.pow(ta,4.); 14 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

15 Lösung der Differentialgleichungen // Newton-Raphson-Iteration double iteration() double det,delta1,delta2,ff,f1,f2,gg,g1,g2; ff = f(tb,ta,r1,r2,r3,t1,t2); gg = g(tb,ta,r2,r3,t1);// Funktionswerte f1 = df1(tb,r3,t2); f2 = df2(ta);// Part.Ableitungen nicht g1 = dg1(tb,r3); g2 = dg2(ta);// abhaengig von allen Variablen det = f1*g2-f2*g1;// Jacobi-Determinante der part.ableit. delta1 = gg*f2 -ff*g2;// Aenderung Tb delta2 = ff*g1 -gg*f1;// Aenderung Ta Tb += delta1/det;// Korrektur Tb Ta += delta2/det;// Korrektur Ta return Tb; 15 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

16 Partielle Ableitungen // part.ableitung nach df/dtb double df1(double Tb,double r3,double t2) return -c-4.*sigma*math.pow(tb,3.)*(1.-t2-r3); // part.ableitung nach df/dta double df2(double Ta) return +c+8.*sigma*math.pow(ta,3.); // part.ableitung nach dg/dtb double dg1(double Tb,double r3) return +c+4.*sigma*math.pow(tb,3.)*(1.-r3); // part.ableitung nach dg/dta double dg2(double Ta) return -c-4.*sigma*math.pow(ta,3.); 16 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

17 Implementierung in Google App Engine! Anlegen einer Web-Applikation mit dem Namen CloudVorlesung! Achtung: GWT-Button deselektieren und App-Engine selektieren!! Einfügen der Klimasimulation in ein Paket mit dem Namen klima! Erstellen von passenden Servlets: GegenwartServlet.java, KometServlet.java, TreibhausServlet.java! Erstellung einer Leitseite CloudVorlesung.html! Erstellung eines Web-Archivs (war) mit einem Steuerfile (lib/web.xml) 17 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

18 Editieren von GegenwartServlet.java 18 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

19 Editieren von KometServlet.java 19 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

20 Editieren von TreibhausServlet.java 20 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

21 Editieren von war/cloudvorlesung.html 21 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

22 Editieren von war/lib/web.xml 22 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

23 Erstellung und Ausführung! Erstellen des Service als Web Application! Ausführen im Browser unter 23 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

24 Ausführen auf der Google-Infrastruktur! App Engine Button drücken! Application-ID auswählen (Muss zuvor angelegt werden, z.b. cloudvorlesung)! Deploy drücken + Ausführen unter 24 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

25 Good to know! All course info is on 25 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

26 26 Cloud Computing SS2011 M.Kunze

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