【摘要】：多核計(jì)算、集群計(jì)算以及新興的云計(jì)算成為當(dāng)前的主要計(jì)算模式。多核大眾化并行計(jì)算成為未來計(jì)算的主流已成為工業(yè)界與學(xué)術(shù)界的共識,基于多核節(jié)點(diǎn)的多核集群成為高性能計(jì)算(HPC)的一種發(fā)展趨勢,而云計(jì)算作為一種特定的分布式計(jì)算,近年來受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。隨著多核、集群系統(tǒng)的核數(shù)與計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)目的不斷增長,以及要求提供云服務(wù)的用戶數(shù)量不斷增多,對計(jì)算的性能和可擴(kuò)展性的需求從來沒有像目前這樣迫切過。負(fù)載均衡作為提高并行與分布式計(jì)算性能和可擴(kuò)展性的一個關(guān)鍵技術(shù),相關(guān)問題亟待得到研究與解決。本文主要從可應(yīng)用性驅(qū)動、結(jié)構(gòu)驅(qū)動和軟件驅(qū)動三個方面對并行與分布式計(jì)算的負(fù)載均衡問題展開了研究。本文的主要研究工作如下： (1)針對動態(tài)負(fù)載均衡(DLB)的基本問題,給出了DLB的主要目標(biāo)和基本定義,在此基礎(chǔ)之上,給出了DLB問題的一種形式化描述；根據(jù)DLB策略的主要特征提出了-個綜合分類方法。 (2)針對負(fù)載均衡策略的可應(yīng)用性問題,研究了在簡單性和性能之間可獲得一個較好折中的貪婪動態(tài)負(fù)載均衡(GDLB)策略。將GDLB策略應(yīng)用于基于BP和SVM的大規(guī)模交通流并行預(yù)測問題,可提高預(yù)測速度和規(guī)模。 (3)傳統(tǒng)的Work-Stealing(簡稱WS)策略在面臨需要傳輸大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用和具有層次結(jié)構(gòu)的平臺時(shí),它的通訊時(shí)間通常令人無法忍受。針對該問題以及分治計(jì)算問題,本文提出了一種層次結(jié)構(gòu)的WS (DaCHWS)策略,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了DaCHWS策略性能優(yōu)于Work-Sharing和Satin-CRS策略。 (4)考慮了大規(guī)模分布式計(jì)算系統(tǒng)的通訊延遲開銷和延遲時(shí)變性特征,提出一種基于廣義神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)動態(tài)負(fù)載均衡(GNNDLB)策略,仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了GNNDLB策略優(yōu)于同類策略：針對多核集群通訊的層次結(jié)構(gòu)特征,考慮了節(jié)點(diǎn)內(nèi)沖突代價(jià),提出了以最小化計(jì)算代價(jià)、節(jié)點(diǎn)間通訊代價(jià)和節(jié)點(diǎn)內(nèi)沖突代價(jià)的總代價(jià)為目標(biāo)的多核集群任務(wù)分配問題,通過建立任務(wù)分配問題與最小費(fèi)用流問題的等價(jià)關(guān)系來分析并證明節(jié)點(diǎn)內(nèi)沖突代價(jià)對問題復(fù)雜性的影響關(guān)系,并給出了一個求解模型,理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了相應(yīng)理論結(jié)果的正確性和求解模型的有效性。 (5)針對多核大眾化并行計(jì)算的提高多核應(yīng)用程序開發(fā)產(chǎn)能同時(shí)獲得并行性能收益這個核心目標(biāo),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個輕量級的基于用戶層次的WS調(diào)度策略的多核多線程并行編程庫(UCMLib)。該庫基于任務(wù)原語概念,提供了數(shù)據(jù)并行性和任務(wù)并行性兩種并行模式,對多線程編程的復(fù)雜性進(jìn)行了封裝和抽象,為開發(fā)者提供高級的編程方法而不必顯示地考慮鎖和競爭,簡化并行編程難度,提高開發(fā)效率。性能測試表明,當(dāng)計(jì)算規(guī)模較大時(shí),UCMLib在數(shù)據(jù)并行性與任務(wù)并行性兩方面獲得了比TPL庫略優(yōu)的加速比。此外,分析了未來多核軟件研究的幾個關(guān)鍵問題。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TP338

【參考文獻(xiàn)】

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