本文關(guān)鍵詞：基于BSP模型的異構(gòu)計算模型設(shè)計　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來,由于越來越多計算復(fù)雜度高、計算規(guī)模大的任務(wù)在各個領(lǐng)域大量涌現(xiàn),分布式的計算環(huán)境成為研究者的研究熱點。其中,異構(gòu)計算系統(tǒng)則以其更加貼近現(xiàn)實的思想和高效的計算性能,得到了研究者的廣泛關(guān)注。如何將現(xiàn)有的并行計算經(jīng)過改進(jìn),使其符合異構(gòu)計算系統(tǒng)對時間性能上的要求,也成為了研究的方向之一。本文在總結(jié)前輩研究成果的基礎(chǔ)之上,對BSP模型的各項特點進(jìn)行了分析。最終,提出了一種適應(yīng)異構(gòu)計算環(huán)境的LS-BSP(Logic Super Step Bulk Synchronous Parallel)模型,研究內(nèi)容主要包括:(1)改善超步的結(jié)構(gòu),提出“邏輯超步”的思想:將存在數(shù)據(jù)依賴的任務(wù)放在一個超步內(nèi)。反之,相互獨立的任務(wù)可以放在不同的超步內(nèi)。由于不同的超步間不存在數(shù)據(jù)依賴,所以這些超步能夠并行運行,從而提升了模型的并行性;(2)改變模型的超步中先計算,再通訊的機制,提出“Compute-CombainerSend機制”:為每個超步設(shè)定一個單獨的同步線程Combainer,負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的匯總。一方面,使不同處理節(jié)點間的計算階段和通訊階段并發(fā)執(zhí)行;另一方面,數(shù)據(jù)同步后再發(fā)送給服務(wù)器端,減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,提升了傳輸?shù)男?(3)改善模型任務(wù)分配機制:由于BSP模型應(yīng)用于同構(gòu)環(huán)境中,所以其任務(wù)分配主要考慮處理機是否閑置、任務(wù)數(shù)據(jù)是否為本地可分配的。在LS-BSP模型中,基于Max-min算法提出DDF-MM(Double Decision Factor Max-min)算法,使用各處理機任務(wù)處理時間的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)和平均處理時長作為任務(wù)的優(yōu)先級,并在分配過程中綜合考慮所有處理機當(dāng)前的負(fù)載情況。另外,進(jìn)程演算語言——Pi演算可以通過傳遞通道名字的方式,改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和狀態(tài),這使得Pi演算可以簡潔明了的描述上述異構(gòu)計算系統(tǒng)。所以,本文中使用Pi演算描述LS-BSP模型,并建立LS-BSP理論模型。隨后,依靠Pi演算中常用的弱互模擬理論,驗證了LS-BSP模型在理論上是正確的。基于Pi演算的Pict語言是一種自然的并行語言,能夠以一種自然的語義對并行計算系統(tǒng)進(jìn)行編程。本文中分別使用Pict語言和Java語言描述了LS-BSP模型,使用Java語言描述了BSP模型,并在處理機負(fù)載、整體任務(wù)處理的時間跨度方面驗證了LS-BSP模型的性能提升以及Pict語言對并行計算模型的優(yōu)化。
[Abstract]:In recent years, due to more and more high computational complexity, large-scale computing tasks have emerged in a large number of fields, distributed computing environment has become a research hotspot. Isomeric computing systems, for their more realistic ideas and efficient computing performance, have been widely concerned by researchers. How to improve the existing parallel computing. Making it meet the requirements of heterogeneous computing system on time performance has become one of the research directions. Based on the previous research results, this paper analyzes the characteristics of the BSP model. Finally. This paper presents a LS-BSP(Logic Super Step Bulk Synchronous parallel model for heterogeneous computing environments. The main contents of the research include: 1) improving the structure of superstep, and putting forward the idea of "logical overstep": putting the task of data dependence in one step. Conversely. Independent tasks can be placed in different supersteps. Because there is no data dependency among the different supersteps, these steps can run in parallel, thus enhancing the parallelism of the model. 2) change the mechanism of superstep calculation and communication of the model. Put forward "Compute-CombainerSend mechanism": set up a separate synchronization thread Combainer for each step, responsible for the data aggregation. On the one hand. The computation phase and communication phase of different processing nodes are executed concurrently; On the other hand, the data is synchronized and then sent to the server, which reduces the amount of data transferred and improves the efficiency of transmission. 3) improve the model task allocation mechanism: because the BSP model is applied in the isomorphic environment, its task assignment mainly considers whether the processor is idle or not. Whether the task data is locally distributable. In the LS-BSP model. DDF-MM(Double Decision Factor Max-min algorithm is proposed based on Max-min algorithm. The standard deviation coefficient of processing time and the average processing time of each processor are used as the priority of the task, and the current load of all processors is considered in the process of allocation. Process Calculation--Pi Calculus can change the topology and state of the network by passing the name of the channel, which makes the Pi Calculus can describe the heterogeneous computing system. In this paper, we use Pi calculus to describe the LS-BSP model and establish the LS-BSP theory model. Then, we rely on the weak mutual simulation theory commonly used in Pi calculus. The LS-BSP model is proved to be correct in theory. The Pict language based on Pi calculus is a natural parallel language. The parallel computing system can be programmed with a kind of natural semantics. In this paper, the LS-BSP model is described by Pict language and Java language, respectively. Use the Java language to describe the BSP model and load in the processor. The time span of overall task processing verifies the performance improvement of LS-BSP model and the optimization of parallel computing model by Pict language.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP338

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本文編號：1388815