隨著并行計算機的發(fā)展,特別是片上多處理器CMP(Chip MultiProcessor),又通稱為多核處理器的出現(xiàn),人們逐漸認識到并行計算加速應(yīng)用的重要性,但是普及并行計算主要受到并行編程復(fù)雜和高性能計算機價格昂貴等方面因素的制約。本文研究工作分為兩個部分:一是研究多核下事務(wù)存儲并行編程技術(shù),從而減輕并行編程難度;二是優(yōu)化首臺國產(chǎn)萬億次高性能計算機KD-50-I的軟件庫(數(shù)學(xué)庫和通信庫),以利于低功耗、低價位的國產(chǎn)高性能機推廣普及。本文主要研究內(nèi)容和貢獻與創(chuàng)新是: 1.基于事務(wù)存儲執(zhí)行的并行編程模型 討論了未來多核體系結(jié)構(gòu)上基于事務(wù)存儲執(zhí)行的并行編程技術(shù),實現(xiàn)了編寫事務(wù)存儲執(zhí)行程序框架的軟件庫,通過提供一系列開始、提交和終止等事務(wù)執(zhí)行程序接口,以詳細和直觀的方式對源代碼實現(xiàn)事務(wù)相關(guān),從而對新型軟件事務(wù)存儲算法和技術(shù)的驗證,以及硬件事務(wù)存儲執(zhí)行平臺的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。 2.擴充OpenMP支持事務(wù)存儲執(zhí)行功能 雖然OpenMP是多核體系結(jié)構(gòu)上的流行多線程并行編程模型,但是OpenMP編譯器不檢查數(shù)據(jù)相關(guān)性、訪問沖突和其他可能導(dǎo)致程序錯誤執(zhí)行的問題,這些問題傳統(tǒng)上完全依賴用戶使用鎖機制來保證程序的正確性。鎖機制的并行編程中存在并行程序效率和并行編程難度的矛盾。粒度大的鎖機制編程容易,可應(yīng)用的并行性挖掘比較差;粒度小的鎖機制應(yīng)用的并行性挖掘較好,可編程難度大,容易帶來優(yōu)先權(quán)倒置、死鎖和鎖護航等問題。本文通過擴充OpenMP支持事務(wù)存儲執(zhí)行功能,可有效緩解OpenMP并行編程中并行程序效率和并行編程難度之間矛盾。 3.多核下事務(wù)存儲執(zhí)行并行加速串行二進制程序 歷史遺留無源碼的二進制代碼由于多是單線程串行程序,無法充分利用到現(xiàn)有多核處理器計算資源。若想在多核下得到性能的提升,可以通過反編譯得到偽代碼,然后對偽代碼多線程并行化。其主要困難是:一是反編譯對數(shù)據(jù)類型和復(fù)雜控制流恢復(fù)很困難,得到的偽代碼可讀性很差;二是程序并行化時分析程序的數(shù)據(jù)相關(guān)性很難,分析可讀性差的偽代碼更難。提出反編譯二進制代碼到中間代碼,然后利用事務(wù)存儲執(zhí)行原理,對中間代碼并行投機多線程編譯,(假定線程間的依賴關(guān)系不存在,放松對編譯器的限制,選擇可以投機并行執(zhí)行的部分并行執(zhí)行)。通過沖突檢測和事務(wù)撤銷機制,保證即使依賴存在,對程序結(jié)果的正確性也沒有影響。從而解決了以往反編譯得到的偽代碼的信息不完整和并行編譯器保守的問題,更充分的挖掘了二進制程序的潛在并行性。 4.首臺國產(chǎn)萬億次機KD-50-I的數(shù)學(xué)庫和通信庫優(yōu)化 國產(chǎn)萬億次機KD-50-I具有低功耗、低占地面積、高計算密度三大特點,對未來研制國產(chǎn)千萬億次計算機系統(tǒng)及提高其自主創(chuàng)新性具有示范作用。本文針對萬億次機節(jié)點使用的龍芯2F處理器支持乘加指令和四發(fā)射流水線的特點,采用循環(huán)展開和指令調(diào)度提高指令的并行性,以及采用預(yù)取減小訪問內(nèi)存的開銷等技術(shù)優(yōu)化了數(shù)學(xué)庫;同時針對萬億次機節(jié)點間拓撲固定、層次簡單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點,采用簡化的LBP通信模型分析優(yōu)化了通信庫。數(shù)學(xué)庫和通信庫的優(yōu)化,提高了KD-50-I的并行應(yīng)用運行效率,對KD-50-I國產(chǎn)高性能機的推廣普及具有重要的意義。 5.國產(chǎn)萬億次機KD-50-I在并行數(shù)據(jù)挖掘在中的應(yīng)用研究 基于串行計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),已經(jīng)遠遠不能滿足海量數(shù)據(jù)和極其復(fù)雜的運算的需求。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高性能計算機的發(fā)展,并行數(shù)據(jù)挖掘成為解決上述問題的可能。本文選擇以金融風險管理應(yīng)用為背景,結(jié)合國產(chǎn)萬億次機KD-50-I節(jié)點使用處理器的特點和節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),優(yōu)化并行數(shù)據(jù)挖掘算法,提高了應(yīng)用運行效率,為KD-50-I在不同領(lǐng)域的應(yīng)用,提供了并行算法設(shè)計和并行編程的參考。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類】：TP311.11;TP338.6
【部分圖文】：

第一章緒論。結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，其中B(Bridge)是存儲總線和I/’O總線間aeheDireetory)是高速緩存目錄，IOB(I/0Bus)是I/O總線，LD(Lo磁盤，MB(Memo仃Bus)是存儲器總線，NIC(NetworkInterface接口電路，p/C(Mieroproeessorandeaehe)是微處理器和高速aredMemory)是共享存儲器。

....電LO妞目班，]}·〕}____嘮]}〕{tt-壓.1--.﹄娜節(jié)月幼《以太兩、刀IM俘)(e)COW圖1.1MIMD并行機結(jié)構(gòu)模型算機訪存模型算機訪存模型和并行計算機結(jié)構(gòu)模型構(gòu)成實際并行計[陳國良01」。儲訪問UMA(UniformMcmoryAccess)模型的特點是器均勻共享，所有處理器訪問任何存儲單元取相同的以一定形式共享。

圖1.3NUMA多處理器模型高速緩存存儲訪問COMA(CaeheOulyMemo理Aeeess)模型是N特例，它的特點是:各處理器節(jié)點中沒有存儲層次結(jié)構(gòu)，全部高速全局地址空間;利用分布的高速緩存目錄D進行遠程高速緩存的訪中的高速緩存容量一般都大于二級高速緩存容量。互互連月絡(luò)絡(luò)國國國國國國舅舅舅靄靄DDDDDDDDDDDDDDDDDCCCCCCCCCCCCCCCCCPPPPPPPPPPPPPPPPP
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2 劉圓;多核結(jié)構(gòu)上高效的線程級推測及事務(wù)執(zhí)行模型研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

3 曾坤;事務(wù)存儲系統(tǒng)：事務(wù)沖突與事務(wù)并行[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

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5 宋偉;面向事務(wù)存儲系統(tǒng)的容錯技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

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2 王旭群;基于MDSP的并行MPEG-4視頻編碼器的設(shè)計與實現(xiàn)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

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本文編號：2891602