本文關(guān)鍵詞：MIC-CPU對(duì)等模式下程序優(yōu)化研究

  更多相關(guān)文章： 對(duì)等模式 通信測(cè)試 負(fù)載平衡 進(jìn)程重排

【摘要】：近年來(lái),超級(jí)計(jì)算機(jī)不斷發(fā)展,已成為信息時(shí)代下各國(guó)科技實(shí)力的一個(gè)重要體現(xiàn)。然而受限于晶體管物理極限以及當(dāng)前制造工藝水平的限制,CPU的性能發(fā)展已經(jīng)減緩且逐漸無(wú)法滿足人們的追求。這種情況下,要達(dá)到更強(qiáng)的計(jì)算性能,一個(gè)可行的方法是不斷的增加計(jì)算集群的規(guī)模。然而,計(jì)算規(guī)模的增大必然導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)功耗的線性增長(zhǎng)。因此從2007年開始,人們開始使用GPGPU進(jìn)行高密度的浮點(diǎn)計(jì)算,協(xié)助CPU進(jìn)行高速運(yùn)算,這種由不同類型運(yùn)算部件構(gòu)成的系統(tǒng)也稱之為異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)。INTEL作為最強(qiáng)的處理器提供廠商,在2012年發(fā)布了先進(jìn)的眾核加速器MIC,迄今為止已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。MIC與CPU采用同樣的x86指令集,MIC內(nèi)部運(yùn)行一個(gè)我們稱之為μOS的精簡(jiǎn)的Linux系統(tǒng)。因此MIC與CPU的編程模式十分相似,MIC計(jì)算核心可以作為獨(dú)立的計(jì)算節(jié)點(diǎn)參與計(jì)算,與CPU在邏輯上地位相對(duì)等。這種MIC應(yīng)用模式我們稱之為對(duì)等模式,對(duì)等模式下運(yùn)行在CPU和MIC核心上的進(jìn)程之間通過消息傳遞接口(Message-Passing Interface,MPI)進(jìn)行消息傳遞。與運(yùn)行在傳統(tǒng)只由CPU構(gòu)成的計(jì)算系統(tǒng)上的MPI程序類似,MPI通信也會(huì)造成不小的程序運(yùn)行開銷。本文以MIC-CPU對(duì)等模式為研究對(duì)象,考察程序在對(duì)等模式下執(zhí)行時(shí)的通信開銷,并進(jìn)行與其相關(guān)的優(yōu)化研究。主要取得了以下成果:1.對(duì)等模式下,運(yùn)算部件包括CPU和MIC,MIC通過PCI-e接口連接到CPU構(gòu)成計(jì)算節(jié)點(diǎn),集群中各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)通過高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連。而兩個(gè)相互通信的進(jìn)程間可能在整個(gè)集群中的任何兩個(gè)運(yùn)算部件上,通信時(shí)通路的不同帶來(lái)通信的復(fù)雜性。本文對(duì)MIC-CPU對(duì)等模式通信與應(yīng)用的性能展開測(cè)試與分析,包括節(jié)點(diǎn)內(nèi)和節(jié)點(diǎn)間CPU+MIC及MIC+MIC等不同組合時(shí)運(yùn)算部件間的通信性能。并測(cè)試了對(duì)等模式下通信性能對(duì)Linpack和NPB執(zhí)行性能的影響;2.對(duì)等模式下程序的實(shí)質(zhì)是MPI程序,而針對(duì)MPI程序的優(yōu)化策略包括本地優(yōu)化和全局優(yōu)化。本文首先針對(duì)mini MD程序進(jìn)行MIC本地優(yōu)化,包括SIMD優(yōu)化和線程擴(kuò)展優(yōu)化。然后根據(jù)MIC和CPU的運(yùn)算能力進(jìn)行負(fù)載平衡,使得在對(duì)等模式下運(yùn)行時(shí)不會(huì)由于負(fù)載不均衡導(dǎo)致性能損失;3.根據(jù)對(duì)等模式下不同計(jì)算單元間通信性能的差異和不同進(jìn)程間通信需求的差異,研究進(jìn)程重排(進(jìn)程和計(jì)算單元的映射)對(duì)程序性能的影響,尋找最優(yōu)進(jìn)程分配方案,以期獲得更好的性能。具體來(lái)說,本文將進(jìn)程與計(jì)算單元間的映射關(guān)系抽象為二次分配問題(QAP),采用蟻群遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化排布;
【關(guān)鍵詞】：對(duì)等模式 通信測(cè)試 負(fù)載平衡 進(jìn)程重排
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP332
【目錄】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 課題背景14-18
• 1.2 研究現(xiàn)狀18-20
• 1.2.1 MIC應(yīng)用現(xiàn)狀18-19
• 1.2.2 對(duì)等模式相關(guān)優(yōu)化概述19-20
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新20
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)20-22
• 第二章 背景知識(shí)22-36
• 2.1 MIC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和編程模型22-29
• 2.1.1 MIC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)22-25
• 2.1.2 MIC通用編程模型25-29
• 2.2 MIC優(yōu)化方法概述29-35
• 2.2.1 并行度優(yōu)化31
• 2.2.2 內(nèi)存管理優(yōu)化31
• 2.2.3 數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化31-32
• 2.2.4 存儲(chǔ)器訪問優(yōu)化32-33
• 2.2.5 向量化優(yōu)化33-34
• 2.2.6 負(fù)載均衡優(yōu)化34
• 2.2.7 線程擴(kuò)展性優(yōu)化34-35
• 2.3 對(duì)等模式下全局優(yōu)化策略35-36
• 第三章 對(duì)等模式平臺(tái)搭建與通信測(cè)試36-48
• 3.1 平臺(tái)搭建36-39
• 3.1.1 硬件環(huán)境搭建36-37
• 3.1.2 軟件環(huán)境搭建37-39
• 3.2 對(duì)等模式下通信性能測(cè)試39-48
• 3.2.1 測(cè)試方法39-40
• 3.2.2 測(cè)試結(jié)果40-48
• 第四章 MIC本地優(yōu)化及負(fù)載平衡48-56
• 4.1 miniMD算法分析48-49
• 4.2 miniMD本地向量化49-53
• 4.2.1 短程勢(shì)能向量化優(yōu)化50-52
• 4.2.2 鄰居列表更新向量化優(yōu)化52-53
• 4.3 miniMD線程擴(kuò)展與負(fù)載均衡優(yōu)化53-56
• 第五章 進(jìn)程重排程序優(yōu)化56-67
• 5.1 問題建模56-58
• 5.2 蟻群算法58-60
• 5.3 實(shí)現(xiàn)過程及結(jié)果60-67
• 5.3.1 工具程序60-62
• 5.3.2 測(cè)試過程及結(jié)果62-67
• 第六章 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 工作總結(jié)67
• 6.2 展望67-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果74-75
• 附錄A 對(duì)等模式下通信性能測(cè)試詳細(xì)數(shù)據(jù)75-78

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中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張東嶺;李紅真;;淺談云計(jì)算中的安全問題[J];湖南農(nóng)機(jī);2011年05期

2 陳飛;曹政;王凱;胡農(nóng)達(dá);安學(xué)軍;;高性能計(jì)算節(jié)點(diǎn)中的同步操作加速引擎設(shè)計(jì)[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2012年01期

3 ;四層次完成計(jì)算——基于HP安騰2服務(wù)器的油氣儲(chǔ)藏模擬解決方案[J];每周電腦報(bào);2003年37期

4 張桂剛;;海量規(guī)則網(wǎng)維護(hù)及其優(yōu)化方法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2011年03期

5 肖建芳;林東岱;姜中華;;密碼計(jì)算網(wǎng)格的計(jì)算節(jié)點(diǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2006年16期

6 董唯元;存儲(chǔ)+超算,有一點(diǎn)點(diǎn)“繁”[J];中國(guó)計(jì)算機(jī)用戶;2005年20期

7 黃錦增;陳虎;賴路雙;;異構(gòu)GPU集群的任務(wù)調(diào)度方法研究及實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展;2012年05期

8 邵偉民;廉價(jià)構(gòu)筑您的超級(jí)計(jì)算機(jī)環(huán)境(松散集群)[J];勝利油田職工大學(xué)學(xué)報(bào);2003年04期

9 呂驥;張堯?qū)W;周悅芝;;云計(jì)算環(huán)境中P2P計(jì)算的優(yōu)化組織模型[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年11期

10 ;網(wǎng)絡(luò)地圖[J];互聯(lián)網(wǎng)周刊;2002年08期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 陳飛;曹政;王凱;安學(xué)軍;;高性能計(jì)算節(jié)點(diǎn)中的同步操作加速引擎設(shè)計(jì)[A];第十五屆計(jì)算機(jī)工程與工藝年會(huì)暨第一屆微處理器技術(shù)論壇論文集（B輯）[C];2011年

2 黃獻(xiàn)寧;陳燕;宋玲;;基于Linux的HPCC的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];中南六�。▍^(qū)）自動(dòng)化學(xué)會(huì)第24屆學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集[C];2006年

3 王強(qiáng);劉振安;徐昊;金大鵬;李陸;盧云鵬;趙棣新;Tiago Perez;Johannes Lang;Wolfgang Kuehn;;高性能計(jì)算節(jié)點(diǎn)智能平臺(tái)管理模塊的設(shè)計(jì)[A];第十四屆全國(guó)核電子學(xué)與核探測(cè)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（1）[C];2008年

4 徐昊;李陸;王強(qiáng);金大鵬;盧云鵬;劉振安;;基于FPGA與ATCA的高性能計(jì)算節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[A];第十四屆全國(guó)核電子學(xué)與核探測(cè)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2008年

5 徐昊;李陸;王強(qiáng);金大鵬;盧云鵬;劉振安;;基于FPGA與ATCA的高性能計(jì)算節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[A];第十四屆全國(guó)核電子學(xué)與核探測(cè)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（1）[C];2008年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 一言;戴爾HPCC系統(tǒng)為華中師大尖端課題研究提供計(jì)算保障[N];科技日?qǐng)?bào);2006年

2 吳秉熹　朱振明;GPGPU技術(shù)在石油領(lǐng)域的應(yīng)用[N];計(jì)算機(jī)世界;2011年

3 《網(wǎng)絡(luò)世界》記者 周源;IBM推出NeXtScale[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2013年

4 新疆油田公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所 張峰;靈活調(diào)度提升HPC價(jià)值[N];計(jì)算機(jī)世界;2009年

5 高博;給超級(jí)計(jì)算機(jī)更換“心臟”[N];電腦報(bào);2007年

6 本報(bào)記者 榮鈺;你會(huì)迎接P2P的企業(yè)應(yīng)用嗎？[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2008年

7 胡雷鈞;計(jì)算、存儲(chǔ)、通信大協(xié)同[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2002年

8 風(fēng)天;IT技術(shù)新藥研發(fā)顯身手[N];中華工商時(shí)報(bào);2005年

9 肖坤;實(shí)現(xiàn)5000億次的突破[N];中國(guó)電腦教育報(bào);2007年

10 本報(bào)記者　 張群英;藍(lán)色基因演進(jìn)之路[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2006年

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1 丁凡;云環(huán)境中高性能計(jì)算應(yīng)用的關(guān)鍵問題研究[D];蘭州大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 林彥宇;異構(gòu)計(jì)算集群調(diào)度系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];華南理工大學(xué);2015年

2 李強(qiáng);基于multi-agent的自主調(diào)度算法的研究[D];電子科技大學(xué);2014年

3 胡衛(wèi);汽車4S店分布式集客識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西南交通大學(xué);2016年

4 劉立偉;基于多點(diǎn)互備援的高可用服務(wù)器管理軟件的研究與實(shí)現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

5 吳歡;工業(yè)控制環(huán)境計(jì)算節(jié)點(diǎn)安全防護(hù)技術(shù)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

6 徐振;MIC-CPU對(duì)等模式下程序優(yōu)化研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

7 趙莎;分布式海量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2012年

8 楊榮康;虛擬計(jì)算環(huán)境中計(jì)算節(jié)點(diǎn)組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];北京郵電大學(xué);2007年

9 張文婷;NoC系統(tǒng)中雙核計(jì)算節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2008年

10 時(shí)曉星;云計(jì)算資源管理機(jī)制的研究[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：780723