高性能計算機的內(nèi)存和I-O特性分析及性能優(yōu)化.pdf

1、隨著計算機異構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和高性能CPU等技術(shù)的飛速發(fā)展，以“天河二號”為代表的超級計算機的峰值計算性能已經(jīng)達到54.9PFlops，正在向EFlops規(guī)模發(fā)展。
　　CPU、內(nèi)存、互連網(wǎng)絡(luò)和外部設(shè)備是構(gòu)成超級計算機的主要部件，前三者是光電類型器件，而作為主要外部設(shè)備之一的存儲設(shè)備是機、電、磁一體的設(shè)備，它們之間的發(fā)展速度有很大差距。通常訪存和通信帶寬約為每秒幾GB，延遲約為幾納秒，但是以磁盤為主體的存儲設(shè)備的帶寬約為每秒幾十到幾百M

2、B，訪問延遲為幾毫秒。計算、仿存和通信性能與I/O性能的嚴重不均衡，極大的影響了應用程序的執(zhí)行性能。為此，需要對高性能計算應用程序使用的計算、內(nèi)存和I/O資源進行分析，以便了解應用程序的運行特性以及系統(tǒng)在訪存和I/O方面存在的性能問題，研究解決問題的方法。
　　本文圍繞對高性能計算應用程序的特性分析主要展開了以下研究工作：
　?。?）分析了當前超級計算機的組成結(jié)構(gòu)與發(fā)展現(xiàn)狀，研究了超級計算機的存儲系統(tǒng)以及高性能計算應用程序?qū)?/p>

3、內(nèi)存和I/O的需求。
　　（2）分析了TH-1A上高性能計算應用程序?qū)?nèi)存的使用情況，發(fā)現(xiàn)其中存在著內(nèi)存使用不充分而帶來的內(nèi)存浪費問題。研究了優(yōu)化內(nèi)存結(jié)構(gòu)的技術(shù)方法。
　?。?）提出了一種基于NBD機制使用遠程結(jié)點內(nèi)存構(gòu)建Page Swap區(qū)的內(nèi)存優(yōu)化技術(shù)。該技術(shù)利用了超級計算機中通過網(wǎng)絡(luò)訪問遠地內(nèi)存性能優(yōu)于訪問本地磁盤性能的特點，采用了遠程內(nèi)存交換盤技術(shù)，使得本地結(jié)點在內(nèi)存緊張時可將頁面交換到遠地結(jié)點的物理內(nèi)存上，可以有效

4、提高TH-1A上的內(nèi)存使用率。
　　（4）研究對高性能計算應用程序進行I/O特性分析的技術(shù)方法，設(shè)計一個能在TH-1A上高效運行的I/O Trace收集和分析工具。
　?。?）利用該工具首先對benchmark程序MADbench2和b_eff_io的I/O行為進行監(jiān)測，然后對TH-1A上典型的數(shù)據(jù)密集型應用石油地震勘探中的抽道集程序進行I/O特性分析，了解了這些程序的I/O特點，可以幫助我們有針對性的優(yōu)化應用程序，緩解系統(tǒng)