【摘要】： 由于性能價(jià)格比高和可擴(kuò)展好等特點(diǎn),基于COTS技術(shù)的機(jī)群系統(tǒng)逐漸成為并行計(jì)算的主流平臺(tái)。目前消息傳遞編程是機(jī)群系統(tǒng)上主流的編程模型,而在機(jī)群系統(tǒng)上尋求共享存儲(chǔ)編程乃至支持自動(dòng)并行一直是并行計(jì)算的研究熱點(diǎn)。OpenMP是共享存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)的并行編程標(biāo)準(zhǔn),易于編程且支持增量并行,因此研究在機(jī)群系統(tǒng)上支持OpenMP的共享存儲(chǔ)計(jì)算環(huán)境非常有意義�？蓴U(kuò)展性和可編程性是用來(lái)衡量并行系統(tǒng)處理能力的兩個(gè)重要指標(biāo)。這種并行計(jì)算環(huán)境結(jié)合了OpenMP語(yǔ)言的可編程性,以及機(jī)群系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,將極大地推動(dòng)并行應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和普及。 本文采用編譯時(shí)和軟件DSM運(yùn)行時(shí)相結(jié)合的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)機(jī)群OpenMP。其中軟件DSM系統(tǒng)在機(jī)群的消息傳遞硬件上提供共享虛擬存儲(chǔ)抽象,而編譯器實(shí)現(xiàn)OpenMP語(yǔ)言到該編程抽象的翻譯及優(yōu)化。本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)機(jī)群OpenMP系統(tǒng)原型OpenMP/JIAJIA,具體組件包括一個(gè)源對(duì)源的編譯器前端(OMP2JIA)和一個(gè)支持fork-join執(zhí)行模式的OMP JIAJIA運(yùn)行庫(kù)后端。在透明支持OpenMP并行應(yīng)用方面,本文的OpenMP/JIAJIA計(jì)算環(huán)境使得機(jī)群系統(tǒng)像硬件cc-NUMA結(jié)構(gòu)的機(jī)器一樣易用。 本文著重研究了如何提高機(jī)群OpenMP系統(tǒng)的性能,分別從數(shù)據(jù)分布、循環(huán)調(diào)度和系統(tǒng)優(yōu)化三個(gè)方面提出了增強(qiáng)性能的方法。OpenMP標(biāo)準(zhǔn)所針對(duì)的UMA體系結(jié)構(gòu)與類NUMA的機(jī)群體系結(jié)構(gòu)存在著本質(zhì)差異。例如,機(jī)群系統(tǒng)的內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)以及互連的商品網(wǎng)絡(luò)使得數(shù)據(jù)的本地訪問(wèn)和遠(yuǎn)程訪問(wèn)速度相差很大,所以數(shù)據(jù)分布模式和進(jìn)程訪問(wèn)模式是否匹配直接決定了OpenMP應(yīng)用的性能。本文以語(yǔ)言擴(kuò)展的形式,提出了適合機(jī)群體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的數(shù)據(jù)分布策略、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)循環(huán)調(diào)度算法,能方便有效地實(shí)現(xiàn)擁有者計(jì)算。另外,本文從程序員、編譯器和運(yùn)行庫(kù)三個(gè)環(huán)節(jié)上闡述了提高系統(tǒng)性能的途徑,尤其是針對(duì)后端運(yùn)行庫(kù)做了許多優(yōu)化工作,例如擴(kuò)展OpenMP語(yǔ)言支持JIAJIA的寫向量協(xié)議、Home遷移和數(shù)據(jù)預(yù)取,結(jié)合消息傳遞機(jī)制優(yōu)化reduction歸約操作等。 對(duì)機(jī)群OpenMP系統(tǒng)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)需要一個(gè)覆蓋面較廣的測(cè)試程序集。本文收集了十二個(gè)應(yīng)用程序,分別來(lái)自不同基準(zhǔn)程序集,例如NAS、SPLASH2和SPEC等。該程序集包括用來(lái)測(cè)試制導(dǎo)開(kāi)銷的微程序,支持矩陣和偏微分方程等數(shù)值計(jì)算的核心算法程序,以及帶有輸入/輸出、解決特定問(wèn)題的應(yīng)用級(jí)程序等。從程序的訪存行為和通信模式看,這些程序包括規(guī)則和非規(guī)則應(yīng)用、內(nèi)存密集型和通信密集型應(yīng)用等。 本文從兩個(gè)方面分析評(píng)價(jià)了機(jī)群OpenMP系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。一方面比較了該計(jì)算環(huán)境和一個(gè)支持OpenMP的硬件cc-NUMA系統(tǒng)(SGI 2100服務(wù)器)的性能;另一方面比較了OpenMP和MPI兩種編程模型在機(jī)群系統(tǒng)上的性能。測(cè)試結(jié)果表明,本文的OpenMP/JIAJIA原型系統(tǒng)在八個(gè)結(jié)點(diǎn)的PC機(jī)群平臺(tái)上獲得了與SGI 2100服務(wù)器相當(dāng)?shù)男阅?在共享存儲(chǔ)和消息傳遞的比較中,獲得了MPI 82%的性能。本文的機(jī)群OpenMP
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（計(jì)算技術(shù)研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：TP338.6

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 易成建;彭向和;賈延杰;李海濤;;基于OpenMP的磁流變液并行數(shù)值模擬[A];中國(guó)計(jì)算力學(xué)大會(huì)'2010（CCCM2010）暨第八屆南方計(jì)算力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（SCCM8）論文集[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 易成建;磁流變液：制備、性能測(cè)試與本構(gòu)模型[D];重慶大學(xué);2011年

2 陳永健;OpenMP編譯與優(yōu)化技術(shù)研究[D];清華大學(xué);2004年

3 倪紹虎;地下工程并行優(yōu)化反演分析方法研究[D];武漢大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 馮偉;超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能平衡性預(yù)先評(píng)價(jià)方法研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2009年

2 姜耀國(guó);基于并行技術(shù)的離散元法仿真軟件研究[D];吉林大學(xué);2011年

3 游佐勇;OpenMP并行編程模型與性能優(yōu)化方法的研究及應(yīng)用[D];成都理工大學(xué);2011年

4 李興盛;地震資料處理PC集群并行效率研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：2595577