【摘要】： 由于性能價格比高和可擴展好等特點,基于COTS技術的機群系統(tǒng)逐漸成為并行計算的主流平臺。目前消息傳遞編程是機群系統(tǒng)上主流的編程模型,而在機群系統(tǒng)上尋求共享存儲編程乃至支持自動并行一直是并行計算的研究熱點。OpenMP是共享存儲體系結構的并行編程標準,易于編程且支持增量并行,因此研究在機群系統(tǒng)上支持OpenMP的共享存儲計算環(huán)境非常有意義�？蓴U展性和可編程性是用來衡量并行系統(tǒng)處理能力的兩個重要指標。這種并行計算環(huán)境結合了OpenMP語言的可編程性,以及機群系統(tǒng)的可擴展性,將極大地推動并行應用的開發(fā)和普及。 本文采用編譯時和軟件DSM運行時相結合的技術路線實現機群OpenMP。其中軟件DSM系統(tǒng)在機群的消息傳遞硬件上提供共享虛擬存儲抽象,而編譯器實現OpenMP語言到該編程抽象的翻譯及優(yōu)化。本文實現了一個機群OpenMP系統(tǒng)原型OpenMP/JIAJIA,具體組件包括一個源對源的編譯器前端(OMP2JIA)和一個支持fork-join執(zhí)行模式的OMP JIAJIA運行庫后端。在透明支持OpenMP并行應用方面,本文的OpenMP/JIAJIA計算環(huán)境使得機群系統(tǒng)像硬件cc-NUMA結構的機器一樣易用。 本文著重研究了如何提高機群OpenMP系統(tǒng)的性能,分別從數據分布、循環(huán)調度和系統(tǒng)優(yōu)化三個方面提出了增強性能的方法。OpenMP標準所針對的UMA體系結構與類NUMA的機群體系結構存在著本質差異。例如,機群系統(tǒng)的內存層次結構以及互連的商品網絡使得數據的本地訪問和遠程訪問速度相差很大,所以數據分布模式和進程訪問模式是否匹配直接決定了OpenMP應用的性能。本文以語言擴展的形式,提出了適合機群體系結構特點的數據分布策略、靜態(tài)和動態(tài)循環(huán)調度算法,能方便有效地實現擁有者計算。另外,本文從程序員、編譯器和運行庫三個環(huán)節(jié)上闡述了提高系統(tǒng)性能的途徑,尤其是針對后端運行庫做了許多優(yōu)化工作,例如擴展OpenMP語言支持JIAJIA的寫向量協(xié)議、Home遷移和數據預取,結合消息傳遞機制優(yōu)化reduction歸約操作等。 對機群OpenMP系統(tǒng)進行客觀評價需要一個覆蓋面較廣的測試程序集。本文收集了十二個應用程序,分別來自不同基準程序集,例如NAS、SPLASH2和SPEC等。該程序集包括用來測試制導開銷的微程序,支持矩陣和偏微分方程等數值計算的核心算法程序,以及帶有輸入/輸出、解決特定問題的應用級程序等。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)則應用、內存密集型和通信密集型應用等。 本文從兩個方面分析評價了機群OpenMP系統(tǒng)的實現。一方面比較了該計算環(huán)境和一個支持OpenMP的硬件cc-NUMA系統(tǒng)(SGI 2100服務器)的性能;另一方面比較了OpenMP和MPI兩種編程模型在機群系統(tǒng)上的性能。測試結果表明,本文的OpenMP/JIAJIA原型系統(tǒng)在八個結點的PC機群平臺上獲得了與SGI 2100服務器相當的性能;在共享存儲和消息傳遞的比較中,獲得了MPI 82%的性能。本文的機群OpenMP
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（計算技術研究所）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：TP338.6

【引證文獻】

相關會議論文 前1條

1 易成建;彭向和;賈延杰;李海濤;;基于OpenMP的磁流變液并行數值模擬[A];中國計算力學大會'2010（CCCM2010）暨第八屆南方計算力學學術會議（SCCM8）論文集[C];2010年

相關博士學位論文 前3條

1 易成建;磁流變液：制備、性能測試與本構模型[D];重慶大學;2011年

2 陳永健;OpenMP編譯與優(yōu)化技術研究[D];清華大學;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;2010年

相關碩士學位論文 前4條

1 馮偉;超級計算機系統(tǒng)性能平衡性預先評價方法研究[D];解放軍信息工程大學;2009年

2 姜耀國;基于并行技術的離散元法仿真軟件研究[D];吉林大學;2011年

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

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

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本文編號：2595577