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用户级通信在软件分布式共享存储系统中的应用

作　者: 毛永捷
导　师: 祝明发
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: 软件分布式共享存储系统用户级通信集群
分类号: TP311.52
类　型: 博士论文
年　份: 2000年
下　载: 110次
引　用: 1次
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内容摘要

建立在集群上的软件分布式共享存储系统，可扩展性好，易于移植，是一种有竞争力的并行计算环境。然而，尽管各种精巧的一致性协议已经大大地降低了计算节点间的通信量，软件分布式共享存储系统的性能还是与其通信底层的实现十分相关。用户级通信可以减少软件开销和数据拷贝次数，明显地降低通信延迟、提高通信带宽，为软件分布式共享存储系统性能的提高开辟了新的道路。本文细致地研究了软件分布式共享存储系统特点，仔细鉴别了各种关键技术对性能的影响。在对基于锁的高速缓存一致性协议进行研究的基础上，论文对JIAJIA系统的开发与优化做出总结，并比较了各种优化策略的作用。同时，对JIAJIA系统的行为模式的分析，也进一步指出通信性能对于软件分布式共享存储系统的重要意义。文章对各种用户级通信库做了比较广泛的比较与分析，对其中关键技术的权衡取舍进行了深入的研究。结合集群的特点和软件分布式共享存储系统的需求，本文提出并设计实现了一个面向软件分布式共享存储系统的用户级通信库JMCL，就其通信性能与对JIAJIA系统的影响进行了细致的评测和分析，并对软件分布式共享存储系统的行为模式进行了进一步的研究。对基于JMCL的JIAJIA系统的研究表明，用户级通信库极大地改善了软件分布式共享存储系统的通信性能，并因此而使得其上的应用程序的性能获得了明显的改善，尤其是那些过去由于通信密集而被认为比较不适合于软件分布式共享存储系统的应用程序，性能提高更为突出。用户级通信库进一步扩大了软件分布式共享存储系统的应用范围，可扩展性更好，使之有可能成为方便而廉价的大规模并行应用平台。但是，用户级通信并未从根本上改变软件分布式共享存储系统的计算模式，它仅仅是由于使通信过程加快而使得整个系统的运行时间成比例减小而改善了系统的性能。要继续改善和优化软件分布式共享存储系统的性能，仍然必须从体系结构和协议的角度入手。

全文目录

独创性声明  2
关于论文使用授权的说明  2-3
摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章引言  10-22
  1.1 高性能计算机的发展  10-14
    1.1.1 八十年代  10-11
    1.1.2 九十年代  11-14
  1.2 共享存储与分布式共享存储  14-17
  1.3 软件分布式共享存储系统与用户级通信  17-19
  1.4 本文的贡献  19
  1.5 论文的组织结构  19-22
第二章软件分布式共享存储系统  22-34
  2.1 软件分布式共享存储的基本思想  22-24
  2.2 软件分布式共享存储系统的关键技术  24-33
    2.2.1 存储一致性模型  25-26
    2.2.2 高速缓存一致性协议  26-31
    2.2.3 存储器的组织方式  31-32
    2.2.4 实现层次  32
    2.2.5 一致性粒度  32-33
    2.2.6 编程接口  33
  2.3 小结  33-34
第三章基于锁的高速缓存一致性协议与JIAJIA系统  34-56
  3.1 基于锁的高速缓存一致性协议  34-38
    3.1.1 域一致性模型的要求  34-35
    3.1.2 基于锁的基本协议  35-36
    3.1.3 协议的优点和不足  36-38
  3.2 JIAJIA系统概述  38-42
    3.2.1 存储组织方式  38-41
    3.2.2 JIAJIA编程界面  41-42
  3.3 JIAJIA系统的性能测试  42-43
  3.4 JIAJIA系统的开销分析  43-44
  3.5 减少系统开销  44-48
    3.5.1 减少假共享  44-45
    3.5.2 唯cache写检测技术  45-46
    3.5.3 基于树的栅障实现  46-47
    3.5.4 改进后的性能分析  47-48
  3.6 基于耦合度的自调度算法  48-51
  3.7 动态迁移技术  51-53
  3.8 小结  53-56
第四章软件分布式共享存储系统与通信底层的关系  56-60
第五章集群与用户级通信  60-80
  5.1 集群  60-62
  5.2 曙光2000超级计算机  62-66
    5.2.1 可扩展性  63-64
    5.2.2 可用性  64-65
    5.2.3 可管理性和好用性  65-66
  5.3 通信性能在集群系统中的重要地位  66-67
  5.4 系统域网  67-69
  5.5 用户级通信  69-78
    5.5.1 常见的用户级通信库  71-75
    5.5.2 用户级通信库的关键技术  75-78
  5.6 小结  78-80
第六章用户级通信在JIAJIA系统中的应用  80-100
  6.1 TreaoMarks及其通信特点  81-82
  6.2 JIAJIA对通信系统的需求  82-85
  6.3 基于Myrinet的JIAJIA专用通信库函数JMCL  85-98
    6.3.1 设计原则  85
    6.3.2 JMCL的技术路线  85-86
    6.3.3 JMCL的界面描述  86-88
    6.3.4 JMCL应用编程接口  88-95
    6.3.5 JMCL的流程描述  95-98
  6.4 小结  98-100
第七章 JMCL性能测试  100-120
  7.1 JMCL的通信性能  100-103
  7.2 基于JMCL的JIAJIA系统性能评价与分析  103-118
    7.2.1 基于JMCL的JIAJIA性能测试  105-109
    7.2.2 JMCL的效率  109-111
    7.2.3 基于JMCL和UDP/IP的JIAJIA系统的性能比较  111-115
    7.2.4 基于JMCL和UDP/IP的JIAJIA系统的开销分析  115-118
  7.3 小结  118-120
第八章用户级通信应用于软件分布式共享存储系统的其它进展  120-140
  8.1 延迟容许技术  121-122
  8.2 降低主机软件开销的一种方法  122-124
  8.3 基于SMP的研究  124-128
  8.4 硬件支持的自适应分布式共享存储系统  128-137
  8.5 小结  137-140
第九章结论  140-142
参考文献  142-152
作者简历及发表论文  152-154
致谢  154-156
专业术语对照表  156

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