數(shù)值模擬計(jì)算是進(jìn)行科學(xué)研究和探索的主要技術(shù)手段之一,其對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力提出了巨大的、不斷增長(zhǎng)的需求,推動(dòng)著并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展。高性能計(jì)算已進(jìn)入PetaFlops時(shí)代,與此同時(shí),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也進(jìn)入Petabyte(千萬(wàn)億字節(jié))時(shí)代,對(duì)I/O性能、可擴(kuò)展性、可靠性、可用性和易管理性提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的I/O效能已經(jīng)成為阻礙系統(tǒng)獲得高效能的重要瓶頸。這主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面,一是I/O設(shè)備速度、I/O體系結(jié)構(gòu)等因素的制約,使系統(tǒng)I/O性能和計(jì)算性能嚴(yán)重不匹配;二是系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展導(dǎo)致I/O設(shè)備高故障率和數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)間的增長(zhǎng),使I/O系統(tǒng)的可用性問(wèn)題日益突出。 為了緩解I/O瓶頸問(wèn)題,可以從應(yīng)用程序、可擴(kuò)展算法、編譯器和語(yǔ)言、運(yùn)行時(shí)庫(kù)、操作系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)六方面展開研究。其中,I/O體系結(jié)構(gòu)是所有技術(shù)途徑的關(guān)鍵支撐。針對(duì)高性能計(jì)算I/O需求與挑戰(zhàn),結(jié)合高效能并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的研制任務(wù),論文首先研究了I/O體系結(jié)構(gòu),從體系結(jié)構(gòu)上保證并行I/O的性能及可擴(kuò)展性。其次,在實(shí)現(xiàn)機(jī)制上,研究了涵蓋I/O的存儲(chǔ)一致性模型及實(shí)現(xiàn)技術(shù)、智能I/O控制、電磁混合存儲(chǔ)加速和事務(wù)型存儲(chǔ)管理等技術(shù),達(dá)...

【文章頁(yè)數(shù)】：144 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 高性能計(jì)算I/O需求與挑戰(zhàn)
        1.1.1 高性能科學(xué)計(jì)算I/O需求
        1.1.2 I/O 瓶頸問(wèn)題
        1.1.3 可用性問(wèn)題
    1.2 研究方向與發(fā)展趨勢(shì)
        1.2.1 I/O與存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一體化
        1.2.2 I/O優(yōu)化技術(shù)融合化
        1.2.3 存儲(chǔ)設(shè)備智能化
        1.2.4 存儲(chǔ)管理事務(wù)化
        1.2.5 存儲(chǔ)介質(zhì)多元化
        1.2.6 存儲(chǔ)系統(tǒng)節(jié)能化
    1.3 研究?jī)?nèi)容與相關(guān)工作
        1.3.1 面向 I/O 的存儲(chǔ)一致性模型及協(xié)議實(shí)現(xiàn)技術(shù)
        1.3.2 智能I/O控制技術(shù)
        1.3.3 事務(wù)型存儲(chǔ)管理技術(shù)
        1.3.4 電磁混合存儲(chǔ)加速技術(shù)
    1.4 論文的主要研究工作與創(chuàng)新
    1.5 論文結(jié)構(gòu)
第二章 I/O 受限的并行加速比模型與可擴(kuò)展并行 I/O 體系結(jié)構(gòu)
    2.1 I/O受限的并行加速比模型
    2.2 I/O體系結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)可擴(kuò)展性分析
        2.2.1 集中式I/O體系結(jié)構(gòu)
        2.2.2 分布式并行I/O 體系結(jié)構(gòu)
        2.2.3 集中分布式并行I/O體系結(jié)構(gòu)
    2.3 面向高性能計(jì)算的可擴(kuò)展并行I/O 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    2.4 小結(jié)
第三章 涵蓋I/O 的廣義存儲(chǔ)一致性模型及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)
    3.1 涵蓋I/O的廣義存儲(chǔ)一致性模型
        3.1.1 涵蓋I/O的存儲(chǔ)一致性視圖
        3.1.2 涵蓋I/O的共享存儲(chǔ)系統(tǒng)抽象模型
        3.1.3 廣義程序運(yùn)行模型
        3.1.4 廣義順序一致性模型
        3.1.5 廣義釋放一致性模型
        3.1.6 廣義域一致性模型
    3.2 基于LGScC模型的CC-NUMA系統(tǒng)全局DMA實(shí)現(xiàn)技術(shù)
        3.2.1 支持GPDMA的CC-NUMA 一致性協(xié)議設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        3.2.2 基于GPDMA的全局共享并行I/O 系統(tǒng)性能分析
    3.3 性能評(píng)測(cè)與分析
        3.3.1 并行I/O帶寬測(cè)試
        3.3.2 I/O 服務(wù)時(shí)間測(cè)試
        3.3.3 與國(guó)際巨型機(jī)I/O系統(tǒng)比較
    3.4 小結(jié)
第四章 基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能I/O 控制技術(shù)
    4.1 強(qiáng)化學(xué)習(xí)
        4.1.1 馬爾可夫決策過(guò)程
        4.1.2 目標(biāo)函數(shù)
        4.1.3 Q-學(xué)習(xí)算法
    4.2 基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的I/O調(diào)度算法
        4.2.1 問(wèn)題提出
        4.2.2 算法思想
        4.2.3 環(huán)境狀態(tài)的確定
        4.2.4 多Q-表交叉組織方法
        4.2.5 瞬時(shí)獎(jiǎng)賞值函數(shù)
        4.2.6 Q-值的更新方法
        4.2.7 RL-scheduler算法
    4.3 RAID控制器關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)
        4.3.1 總體結(jié)構(gòu)
        4.3.2 RAID智能控制模型
        4.3.3 RAID存儲(chǔ)管理算法
        4.3.4 磁盤任務(wù)調(diào)度算法
    4.4 實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)與分析
        4.4.1 RAID性能測(cè)試
        4.4.2 RL-Scheduler算法評(píng)測(cè)
    4.5 小結(jié)
第五章 支持事務(wù)語(yǔ)義的電磁混合存儲(chǔ)技術(shù)
    5.1 面向存儲(chǔ)設(shè)備的事務(wù)語(yǔ)義基本框架
        5.1.1 事務(wù)原語(yǔ)
        5.1.2 版本管理
        5.1.3 沖突處理
    5.2 支持事務(wù)語(yǔ)義的電磁混合存儲(chǔ)架構(gòu)
        5.2.1 電磁混合存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)
        5.2.2 支持事務(wù)語(yǔ)義的電磁混合存儲(chǔ)策略
    5.3 基于令牌的并行事務(wù)沖突處理技術(shù)
        5.3.1 事務(wù)令牌
        5.3.2 令牌元數(shù)據(jù)維護(hù)
        5.3.3 沖突仲裁
    5.4 自適應(yīng)動(dòng)態(tài)邏輯分區(qū)管理算法
        5.4.1 算法思想
        5.4.2 訪問(wèn)模式檢測(cè)
        5.4.3 基于邊際效益的空間分配算法
        5.4.4 結(jié)合版本管理的區(qū)內(nèi)替換算法
    5.5 實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)與分析
        5.5.1 模擬測(cè)試環(huán)境
        5.5.2 自適應(yīng)動(dòng)態(tài)邏輯分區(qū)管理算法評(píng)估
        5.5.3 基于混合存儲(chǔ)的事務(wù)沖突處理機(jī)制性能評(píng)估
    5.6 小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文
攻讀博士學(xué)位期間的科技成果
攻讀博士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目



本文編號(hào)：3834305