Implementing Graph Transformations in the Bulk Synchronous Parallel Model
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- Carsten Kurzmann
- vor 6 Jahren
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1 Implementing Graph Transformations in the Bulk Synchronous Parallel Model Christian Krause (SAP), Matthias Tichy (Göteborgs Uni.), Holger Giese (HPI) Fundamental Approaches to Software Engineering (FASE) 2014 Public
2 Outline 1. Motivation & Background 2. Graph Transformations 3. Bulk Synchronous Parallel 4. Giraph Code Generator in Henshin 5. Benchmarks 6. Future Work 2
3 Motivation: Analytics for Big Data Proteomics Find patterns in human proteome that indicate diseases, e.g. lung cancer. 160 Mio data points / sample (2.4GB); Large studies analyze up to 1K samples SpringerLink Full-text indexing and search of 3.8 Mio documents extraction of 2.8 Billion text entities; 460GB in main memory Mass-Spectrum Structured Data (XY-coordinates) Unstructured Text Data 3
4 Transforming and Analyzing Big Graphs Internet Movie Database (IMDb) IMDb data has a natural graph representation Large (but not huge) graph: 3.2 Mio nodes Highly connected: movies with > 1000 actors!! Tasks: 1. Find all couples of actors and/or actresses that starred together in at least 3 movies. Simplified metamodel / typegraph for IMDb data. 2. Compute the average rank for each of these couples. 4
5 Finding Couples using Graph Transformations (Henshin) 5
6 Bulk Synchronous Parallel (BSP) Bridging model for designing parallel algorithms (published 90 by L. Valiant) Popular implementations: Pregel ( Google), Apache Giraph ( Facebook) Graph computations as a series of supersteps, each consisting of: Illustration of shortest path algorithm in BSP 1. Master computation: Single computation executed centrally on a master node, mainly used for bookkeeping and orchestrating the vertex computations. 2. Vertex computation: Concurrent computation executed locally for every active vertex of the graph. This part can be highly parallelized. 3. Communication & Modification: During the vertex computation, vertices can send messages to other vertices and apply modifications. Effects are visible in next superstep! 4. Barrier synchronization: Before the next superstep is started, the vertex computation and communication of the current one must be finished for all vertices. 6
7 From Graph Transformations to Bulk Synchronous Parallel Transformation Specification Code Generation Deployment Execution 7
8 Preparations: Search Plan Generation
9 Generating Rule Code Search plan 9
10 Generating Transformation Unit Code Supported Transformation Units Sequential units, Independent units (nondeterministic choice), Priority units, Iterated units (for-loops) No roll-backs on unsuccessful execution 10
11 Benchmarks
12 Sierpinski Benchmark 12
13 Movies Benchmark (2-Movie Version) 13
14 Movies Benchmark (2-Movie Glenn Cluster 14
15 Movies-Benchmark (3-Movies): Native Henshin Interpreter Henshin Benchmark At the time of paper writing: Henshin was not able to produce a single match even for a small subgraph! Today: massive performance improvements achieved by: Path contraints in match finder Execution Time in seconds Input graph size 500K 1M 2M Parallelization of multi-rules Number of threads ( = number of partitions) Size \ Threads K M M Speed-up: 8.3x 15
16 Conclusions and Future Work Conclusions GT BSP Mapping allows us to transform graphs that do not fit into the main memory of a single machine! Communication cost limits the performance of Giraph-based applications Approach is not suited for real-time transformations / analysis. Here we would rather use single-machine, in-memory techniques (e.g. Henshin interpreter) Future Work Improve pattern matcher in generated Giraph code (reduce number of supersteps) Enable attribute calculations and constraints Define suitable graph file format (maybe JSON instead of XMI) 16
17 Thank you Contact information: Christian Krause SAP Innovation Center Konrad-Zuse-Ring Potsdam 2014 SAP AG or an SAP affiliate company. All rights reserved.
18 2014 SAP AG or an SAP affiliate company. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or transmitted in any form or for any purpose without the express permission of SAP AG or an SAP affiliate company. SAP and other SAP products and services mentioned herein as well as their respective logos are trademarks or registered trademarks of SAP AG (or an SAP affiliate company) in Germany and other countries. Please see for additional trademark information and notices. Some software products marketed by SAP AG and its distributors contain proprietary software components of other software vendors. National product specifications may vary. These materials are provided by SAP AG or an SAP affiliate company for informational purposes only, without representation or warranty of any kind, and SAP AG or its affiliated companies shall not be liable for errors or omissions with respect to the materials. The only warranties for SAP AG or SAP affiliate company products and services are those that are set forth in the express warranty statements accompanying such products and services, if any. Nothing herein should be construed as constituting an additional warranty. In particular, SAP AG or its affiliated companies have no obligation to pursue any course of business outlined in this document or any related presentation, or to develop or release any functionality mentioned therein. This document, or any related presentation, and SAP AG s or its affiliated companies strategy and possible future developments, products, and/or platform directions and functionality are all subject to change and may be changed by SAP AG or its affiliated companies at any time for any reason without notice. The information in this document is not a commitment, promise, or legal obligation to deliver any material, code, or functionality. All forward-looking statements are subject to various risks and uncertainties that could cause actual results to differ materially from expectations. Readers are cautioned not to place undue reliance on these forward-looking statements, which speak only as of their dates, and they should not be relied upon in making purchasing decisions. 18
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