隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,越來越多的學(xué)科領(lǐng)域開始利用計(jì)算機(jī)通過科學(xué)計(jì)算,數(shù)值模擬的手段來解決各種重大問題。高性能計(jì)算直接影響國防能力和國家安全,成為衡量國家綜合實(shí)力的一個重要標(biāo)志。多核處理器的出現(xiàn)解決了處理器性能的瓶頸問題,被廣泛運(yùn)用于高性能計(jì)算系統(tǒng)的構(gòu)建,成為高性能計(jì)算結(jié)點(diǎn)的主要組成部分。MPI作為目前主流的并行編程模式及分布式并行系統(tǒng)的主要編程環(huán)境,其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的性能直接影響到高性能計(jì)算的效率。Open MPI是一個開源的、高效的組件式結(jié)構(gòu)MPI實(shí)現(xiàn),它不僅為第三方研究者提供了一個穩(wěn)定的平臺,而且可以在運(yùn)行時增加所需插件,具有較高的靈活性。Open MPI結(jié)點(diǎn)間和結(jié)點(diǎn)內(nèi)短消息的傳遞都具有良好性能,但是結(jié)點(diǎn)內(nèi)長消息傳遞性能較差。為了進(jìn)一步提高Open MPI在多核結(jié)構(gòu)下的長消息傳遞性能,本文提出了兩種優(yōu)化方案,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于內(nèi)核模塊內(nèi)存映射的消息傳遞組件KBDT,測試表明,KBDT組件可以有效的提高Open MPI的結(jié)點(diǎn)內(nèi)長消息傳遞性能,并且較SM組件具有更好的可擴(kuò)展性。論文主要工作主要包括:第一,研究結(jié)點(diǎn)內(nèi)消息傳遞的通信協(xié)議并分析其優(yōu)缺點(diǎn),對目前應(yīng)用較廣泛的MPI實(shí)現(xiàn)MPICH2... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題背景
        1.1.1 高性能計(jì)算的作用
        1.1.2 處理器的發(fā)展及帶來的挑戰(zhàn)
        1.1.3 主流并行編程模式—MPI
        1.1.4 組件式結(jié)構(gòu)MPI 實(shí)現(xiàn)Open MPI
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 MPI 的研究及實(shí)現(xiàn)
        1.2.2 結(jié)點(diǎn)間通信技術(shù)介紹
        1.2.3 結(jié)點(diǎn)內(nèi)通信技術(shù)研究
    1.3 論文主要工作
    1.4 本文結(jié)構(gòu)
第二章 結(jié)點(diǎn)內(nèi)MPI 消息傳遞機(jī)制的研究
    2.1 結(jié)點(diǎn)內(nèi)MPI 消息傳遞的通信協(xié)議
        2.1.1 基于共享內(nèi)存的消息傳遞協(xié)議
        2.1.2 基于共享內(nèi)存消息隊(duì)列的消息傳遞協(xié)議
        2.1.3 基于Ptrace 系統(tǒng)調(diào)用的消息傳遞協(xié)議
        2.1.4 基于內(nèi)核模塊的消息傳遞協(xié)議
        2.1.5 基于網(wǎng)絡(luò)接口控制器（NIC）的消息傳遞協(xié)議
    2.2 MPICH2 整體框架及nemesis 通道分析
        2.2.1 MPICH2 結(jié)構(gòu)
        2.2.2 nemesis 通道中基于共享內(nèi)存的通信協(xié)議
        2.2.3 nemesis 中基于系統(tǒng)調(diào)用的vmsplice 模塊
        2.2.4 nemesis 中基于內(nèi)核模塊的KNEM
    2.3 本章小結(jié)
第三章 基于組件結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)內(nèi)消息傳遞優(yōu)化方法研究與設(shè)計(jì)
    3.1 Open MPI 及SM 組件分析
        3.1.1 Open MPI 組件式通信結(jié)構(gòu)
        3.1.2 SM 組件基于共享內(nèi)存的消息傳遞協(xié)議
    3.2 nemesis 通道與SM 組件的性能比較
        3.2.1 測試環(huán)境
        3.2.2 點(diǎn)點(diǎn)通信測試結(jié)果
        3.2.3 聚合通信測試結(jié)果
    3.3 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)
        3.3.1 基于二進(jìn)制折半查找的接收隊(duì)列狀態(tài)判斷方法
        3.3.2 減少內(nèi)存拷貝次數(shù)
    3.4 本章小結(jié)
第四章 基于內(nèi)核模塊內(nèi)存映射的通信機(jī)制在OpenMPI 中的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
    4.1 基于內(nèi)核模塊內(nèi)存映射消息傳遞方法設(shè)計(jì)分析
    4.2 KBDT 組件關(guān)鍵技術(shù)
        4.2.1 內(nèi)存映射機(jī)制
        4.2.2 消息傳遞協(xié)議
    4.3 KBDT 組件的實(shí)現(xiàn)
        4.3.1 組件初始化
        4.3.2 進(jìn)程選擇階段
        4.3.3 消息傳遞實(shí)現(xiàn)階段
        4.3.4 關(guān)閉階段
        4.3.5 KBDT 組件的優(yōu)化
第五章 性能測試與結(jié)果分析
    5.1 測試環(huán)境與目標(biāo)
    5.2 點(diǎn)點(diǎn)通信性能測試
        5.2.1 點(diǎn)點(diǎn)通信的延遲測試
        5.2.2 點(diǎn)點(diǎn)通信的帶寬測試
    5.3 聚合通信性能測試
    5.4 NPB 應(yīng)用性能測試
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)束語
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 下一步工作
致謝
參考文獻(xiàn)
作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]MPICH2-CMEX:可擴(kuò)展消息傳遞接口實(shí)現(xiàn)技術(shù)[J]. 謝旻,盧宇彤,周恩強(qiáng).  計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2008(02)



本文編號：3642731