發(fā)布時(shí)間：2020-08-13 16:35

【摘要】：跟CPU相比,GPU在計(jì)算能力、能耗上具有顯著的優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于高性能計(jì)算領(lǐng)域。虛擬化是云計(jì)算的主要支撐技術(shù)之一,屏蔽硬件基礎(chǔ)設(shè)施使多臺(tái)虛擬機(jī)透明地共享集群中的GPU設(shè)備,從而降低配置成本,提高資源利用率。目前,GPU通用計(jì)算的虛擬化技術(shù)尚處于研究階段,虛擬化環(huán)境下資源共享方案普遍缺乏對(duì)GPU的有效支持。本文以通用計(jì)算框架CUDA為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)一種基于多GPGPU并行計(jì)算的虛擬化的方案,實(shí)現(xiàn)一種可動(dòng)態(tài)調(diào)度、支持多任務(wù)并發(fā)的GPU虛擬化解決方案。具體工作包括以下幾個(gè)方面:第一,采用動(dòng)態(tài)庫(kù)攔截的方法將GPU引入虛擬機(jī),設(shè)計(jì)了基于多GPU計(jì)算資源特征的動(dòng)態(tài)分配與管理的架構(gòu),該架構(gòu)分為虛擬化用戶層、虛擬化資源管理層和虛擬化資源服務(wù)層,解決了GPU通用計(jì)算在虛擬化環(huán)境下的適應(yīng)問題,實(shí)現(xiàn)GPU資源在多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的共享。第二,針對(duì)大規(guī)模計(jì)算任務(wù)場(chǎng)景,提出了在虛擬化環(huán)境下多GPU并行計(jì)算的實(shí)現(xiàn)方案,使用多線程或流處理的方式實(shí)現(xiàn)多GPU并行計(jì)算,分析了GPU多層次存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、傳輸、通信等方面內(nèi)容,通過實(shí)驗(yàn)分別對(duì)數(shù)據(jù)松耦合交互模式(如蒙特卡羅方法)和緊耦合交互模式(如QFT算法)實(shí)現(xiàn)多GPU并行計(jì)算。第三,提出了一種基于動(dòng)態(tài)負(fù)載量多負(fù)載狀態(tài)的GPU負(fù)載均衡算法DMLS-GPU(Dynamic and Multi-Load Status algorithm for GPU),通過將負(fù)載與GPU設(shè)備的硬件能力和任務(wù)本身的特性相結(jié)合,解決了虛擬化方案中動(dòng)態(tài)評(píng)估GPU設(shè)備計(jì)算能力的問題。實(shí)驗(yàn)分析表明,在虛擬化環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)多個(gè)CUDA程序并發(fā)地使用一塊或者多塊GPU設(shè)備,并驗(yàn)證了本文的虛擬化方案具有良好的可擴(kuò)展性和高效性。本文工作針對(duì)GPU通用計(jì)算虛擬化過程中面臨的挑戰(zhàn)和制約,研究虛擬化環(huán)境下的多任務(wù)GPU資源共享和多GPU并行計(jì)算,以進(jìn)一步拓展其應(yīng)用空間。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP338.6

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