学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

面向MPI程序的进程数据相似性分析与优化技术

作　者: 刘福东
导　师: 杨学军
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: MPI 数据相似性多核处理器 SUIF 编译优化 MPI-Optimizer
分类号: TP311.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 46次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来,随着半导体工艺和体系结构的不断发展,采用共享存储结构的多核处理器已经成为通用微处理器的主流发展方向,并迅速地在高性能并行计算机领域得到广泛应用。MPI(Message Passing Interface)是并行计算机中使用最为广泛的编程模型之一,很多领域中均存在大量的MPI应用程序。然而,研究表明,传统MPI程序中大量存在这样一类数据,当程序执行时,多个进程虽然私有访问该数据在各自进程中的副本,但访问的值是相同的,这使得多个进程对该数据的访问具有相似性,传统MPI程序在执行时需要为每个进程创建一个该数据的副本,这极大地加剧了系统中共享存储资源的竞争,导致传统MPI程序在以多核处理器为代表的共享存储结构并行计算机上的运行效率面临巨大挑战。为了避免传统MPI程序进程访问数据的相似性对程序执行性能的影响,本文主要从以下三个方面开展了研究工作:首先,本文给出了相似数据的定义,通过大量分析传统MPI程序中相似数据的特征,提出了一种共享相似数据的优化方法,同时,利用开源编译器SUIF2系统设计了一个相似数据编译优化方法的基本框架,该框架在总体上给出了相似数据的优化思路,为自动化地实现相似数据编译优化奠定了基础。其次,本文建立了相似数据共享竞争的分析模型,定义了相似数据共享竞争以及共享竞争错误等重要概念,详细分析了相似数据共享竞争对共享相似数据MPI程序的诸多影响,提出并证明了保证共享相似数据MPI程序执行时无相似数据共享竞争错误的条件,并利用栅栏同步和私有化机制给出了满足程序执行时无相似数据共享竞争错误条件的优化规则,同时,扩展了现有的MPI编程模型,该模型能够标识出所有在相似数据编译优化过程中需要的信息,为自动化地实现相似数据的编译优化提供了支持。最后,本文设计了一个相似数据编译优化的工具——MPI-Optimizer,并结合操作系统中的共享内存机制、动态内存分配机制以及现有MPI编程模型中的同步机制,利用SUIF2系统提供的相关类和方法具体实现了MPI-Optimizer,从而自动化地完成了传统MPI程序中相似数据的编译优化。实验结果表明,本文扩展的MPI编程模型一种正确有效的编程模型,设计并实现的相似数据编译优化工具MPI-Optimizer能够显著地减少传统MPI程序在以多核处理器为代表的共享存储结构并行计算机上运行时的内存使用量,降低了Cache的失效率,提高了程序的执行效率。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-24
  1.1 课题研究背景  12-21
    1.1.1 典型的并行计算机体系结构  12-17
    1.1.2 多核处理器的产生及发展  17-18
    1.1.3 MPI程序的进程数据相似性  18-19
    1.1.4 相似数据的编译优化  19-21
  1.2 相关研究工作  21-22
  1.3 课题研究内容与创新  22-23
  1.4 论文结构  23-24
第二章相似数据编译优化方法的基本框架  24-30
  2.1 优化方法  24-25
  2.2 SUIF2 系统  25-27
  2.3 基本框架  27-29
    2.3.1 总体思路  27
    2.3.2 基本框架  27-28
    2.3.3 开发策略  28-29
  2.4 小结  29-30
第三章相似数据共享竞争的分析模型  30-52
  3.1 基本定义  30-34
  3.2 相似数据共享竞争的分析  34-40
    3.2.1 相似序列内的相似数据共享竞争分析  35-36
    3.2.2 非相似序列内的相似数据共享竞争分析  36-38
    3.2.3 相似序列与非相似序列间的相似数据共享竞争分析  38-40
  3.3 保证无相似数据共享竞争错误的条件  40-46
    3.3.1 保证相似序列内无相似数据共享竞争错误的条件  40-42
    3.3.2 保证非相似序列内无相似数据共享竞争错误的条件  42-45
    3.3.3 保证相似序列与非相似序列间无相似数据共享竞争错误的条件  45-46
  3.4 优化规则  46-49
    3.4.1 保护措施  46-47
    3.4.2 优化规则  47-49
  3.5 扩展后MPI编程模型  49-50
  3.6 小结  50-52
第四章相似数据编译优化工具的设计与实现  52-68
  4.1 动态内存分配机制  52-53
  4.2 共享内存机制  53-55
  4.3 总体设计  55-59
  4.4 基于SUIF2 技术的工具实现  59-67
    4.4.1 总体实现  60-61
    4.4.2 VariableSymbol对象的转换实现  61-63
    4.4.3 Expression对象的转换实现  63-65
    4.4.4 Statement对象的转换实现  65-67
  4.5 小结  67-68
第五章实验验证及结果分析  68-76
  5.1 实验方法  68-69
    5.1.1 Intel Vtune概述  68
    5.1.2 实验平台  68-69
  5.2 矩阵乘程序测试及结果分析  69-72
    5.2.1 MM(Matrix Multiplication)程序描述  69
    5.2.2 测试结果及分析  69-72
  5.3 Jacobi迭代程序测试及结果分析  72-75
    5.3.1 JI(Jacobi Iteration)程序描述  72
    5.3.2 测试结果及分析  72-75
  5.4 小结  75-76
第六章结束语  76-79
  6.1 工作总结  76-77
  6.2 研究展望  77-79
致谢  79-81
参考文献  81-86
作者在学期间取得的学术成果  86

面向MPI程序的进程数据相似性分析与优化技术

内容摘要

全文目录

相似论文