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软件DSM中的数据行为分析及系统性能优化

作　者: 谢向辉
导　师: 韩承德
学　校: 中国科学院研究生院（计算技术研究所）
专　业: 计算机组织与系统结构
关键词: 分布共享存储软件DSM 共享数据行为存储一致性假共享有限多写算法数据预处理数据预送访问冗余度
分类号: TP311.52
类　型: 博士论文
年　份: 1999年
下　载: 75次
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内容摘要

软件DSM系统以其易构造性和易编程性成为高性能计算技术的研究热点之一。由于过高的远程访问代价软件DSM系统的性能受到极大的制约。本论文重点研究了软件DSM中的共享数据行为，并从存储一致性协议、访存算法、应用程序特征等方面研究了优化软件DSM系统性能的技术，论文的主要工作有六个方面： ① 对共享变量的描述、共享数据的表示、存放、基本活动方式、以及一般访问过程进行了描述，提出了数据空间的访问冗余度的概念。并对假共享、存储粒度与程序的并行性和通信代价之间的关系进行了系统分析。 ② 分析了用于软件DSM系统研究的典型应用程序的特征，认为软件DSM对应用程序的适应是有限度的。具有粗粒度的远程访问和规则的访问方式的应用比较适合软件DSM的环境，细粒度以及大量不规则的远程访问会使软件DSM极不适应。 ③ 以同步操作为尺度，以通信开销为基础，描述了软件DSM系统中各种主要的时间和空间开销，给出了开销分析的方法和部分定量分析结果，并结合具体的一致性协议和应用，给出了时间开销的估算方法。 ④ 对国外最新软件DSM系统(CVM)进行了深入的研究。在分析消化了三万多行源程序的基础上，建立了运行于工作站群环境下的试验平台，为各种方法的验证铺垫了基础。 ⑤ 在对应用程序的多写形式分析的基础上提出了有限多写方法(LMW)，并在基于工作站群的环境下实现了多种原型实验环境。LMW方法在DSM层面融合了单写和多写，使LRC和RC协议在程序运行过程中动态转换，简化了多写的实现。LMW方法对于适应于软件DSM系统的应用是有效的，在通信带宽较高的情形下可以很好地改善系统性能。 ⑥ 提出了数据预送(Pre-sending)的技术，并分别在HP和SUN两种工作站群的环境下实现了实验原型。数据预送是由数据拥有者将数据放置到可能的使用者的存储空间中的技术。实验表明对于访问较为规则的应用大数据块的预送是有效的，远程访问次数大幅减少，应用性能得到改善。但对于访问极为不规则的应用，大数据块预送反而会使系统性能下降。

全文目录

论文摘要  3-4
Abstract  4-12
第一章引言  12-31
  1.1 研究背景  15-28
    1.1.1 分布共享存储系统的一般结构  15-17
    1.1.2 分布共享存储系统的实现  17-22
    1.1.3 软件DSM的应用界面  22-23
    1.1.4 软件DSM的性能及其优化途径  23-28
      1.1.4.1 软件DSM性能受限因素  24-26
      1.1.4.2 改善性能的途径  26-28
  1.2 论文的贡献和编排  28-30
    1.2.1 论文的贡献  28-29
    1.2.2 论文的编排  29-30
  1.3 小结  30-31
第二章软件DSM中共享数据行为分析  31-53
  2.1 存储访问算法和存储一致性模型  31-41
    2.1.1 存储访问算法  31-34
    2.1.2 存储一致性模型概念  34-36
    2.1.3 存储一致性模型及其弱化  36-38
    2.1.4 存储一致性模型对应用的约束  38-40
    2.1.5 存储一致性与Cache一致性  40
    2.1.6 同步机制  40-41
  2.2 共享数据类型及访问方式  41-42
  2.3 数据描述与应用接口  42-44
  2.4 数据存放形式  44-46
  2.5 基本活动方式  46-48
  2.6 真共享与假共享  48-50
  2.7 程序的并行性和数据的局部性  50
  2.8 粒度与并行性的匹配  50-51
  2.9 存储粒度和通信代价  51
  2.10 小结  51-53
第三章应用程序及其特征  53-65
  3.1 应用程序的分类  53-54
  3.2 应用程序的选择  54-55
  3.3 应用程序的特征  55-62
    3.3.1 SOR  56
    3.3.2 LU  56-57
    3.3.3 1D-FFT  57-58
    3.3.4 3D-FFT  58-59
    3.3.5 MAT  59
    3.3.6 EP  59
    3.3.7 IS  59-60
    3.3.8 OCEAN  60
    3.3.9 TSP  60-61
    3.3.10 WATER  61
    3.3.11 BARNES  61-62
    3.3.12 RADIX  62
  3.4 应用程序的模拟结果  62-63
  3.5 小结  63-65
第四章软件DSM中的各种开销分析  65-84
  4.1 软件DSM中的时间开销  65-74
    4.1.1 通信开销  65-67
    4.1.2 远程访问开销  67-68
    4.1.3 同步开销  68-70
    4.1.4 一致性开销  70-72
    4.1.5 初始化开销  72-74
  4.2 软件DSM中的空间开销  74-75
    4.2.1 目录机制开销  74-75
    4.2.2 写检测开销  75
  4.3 各种开销的相互制约  75-78
    4.3.1 时空开销的相互影响  76
    4.3.2 访问开销与同步开销、协议开销  76-78
  4.4 一致性协议方法的访问代价分析  78-83
    4.4.1 RC的访问代价  79-81
    4.4.2 LRC的访问代价  81
    4.4.3 一个简单程序的远程访问开销计算  81-83
  4.5 小结  83-84
第五章软件DSM系统的性能优化(一)——有限多写  84-120
  5.1 有限多写(LMW)方法的动机和原理  84-88
    5.1.1 LMW动机  84-86
    5.1.2 LMW原理  86-88
  5.2 原型实验系统  88-95
  5.3 LMW的实现  95-117
    5.3.1 LMW的数据结构和共享页面状态  96-98
    5.3.2 LMW的部分处理流程  98-102
    LMW的实验和分析  102-112
      5.3.2.1 总的实验结果  103-110
      5.3.2.2 应用程序实验分析  110-112
    5.3.3 LMW的各种变形  112-117
      5.3.3.1 LMW-td方法  113-114
      5.3.3.2 LMW-ap方法  114-115
      5.3.3.3 LMW-lrc方法  115
      5.3.3.4 请求缓冲和页面释放时机  115-117
  5.4 硬件DSM中采用LMW的考虑  117-118
  5.5 关于有限多写方法的结论  118-119
  5.6 小结  119-120
第六章软件DSM系统的性能优化(二)——数据预送  120-140
  6.1 数据预处理  120-123
    6.1.1 数据预处理的种类  120-122
    6.1.2 存储结构  122-123
  6.2 数据预送原理  123-127
  6.3 数据预送方法  127-128
  6.4 预送技术的实现  128-129
  6.5 数据预送的实验和分析  129-137
    6.5.1 在写更新协议(update)中的数据预送实现  129-132
    6.5.2 MW-LRC中的数据预送  132-135
    6.5.3 LMW中的数据预送  135-137
  6.6 硬件DSM中采用预送技术的考虑  137-138
  6.7 关于预送技术的结论  138-139
  6.8 小结  139-140
第七章结束语和进一步的工作  140-143
  7.1 工作回顾  140-141
  7.2 进一步的工作  141-143
参考文献  143-149
个人简历  149
攻读博士学位期间发表的论文  149

软件DSM中的数据行为分析及系统性能优化

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