基于確定性虛擬內(nèi)存模型的無(wú)阻塞通信的研究.pdf

1、在多核單機(jī)系統(tǒng)上，多個(gè)共享資源的線程或進(jìn)程間的交錯(cuò)執(zhí)行是不確定的，導(dǎo)致并行軟件難以開(kāi)發(fā)、調(diào)試，存在安全隱患。為保證線程或進(jìn)程交錯(cuò)執(zhí)行的確定性，課題組已提出確定性生產(chǎn)-消費(fèi)虛擬內(nèi)存模型SPMC，并封裝SPMC內(nèi)存區(qū)域建立確定性消息通道及其編程接口DetMP，實(shí)現(xiàn)DetMPI以支持MPI中語(yǔ)義確定的子集。DetMPI能使MPI程序不經(jīng)修改即可被編譯和確定地執(zhí)行，但是許多MPI程序在DetMPI上的性能相比不確定的MPI實(shí)現(xiàn)要差。
　　

2、實(shí)驗(yàn)分析表明，DetMPI性能差的原因之一是底層SPMC和消息通道是阻塞式的，DetMPI利用阻塞式通道和消息緩存機(jī)制實(shí)現(xiàn)MPI中的無(wú)阻塞通信接口。為此，本文擴(kuò)展SPMC和DetMP以提供對(duì)無(wú)阻塞通信的支持，改進(jìn)DetMPI中無(wú)阻塞通信函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，在保證確定性的前提下提升性能。本文的主要貢獻(xiàn)是:
　　(1)在SPMC層和消息通道層引入支持無(wú)阻塞通信的原語(yǔ)和接口，并基于擴(kuò)展后的DetMP改進(jìn)DetMPI的實(shí)現(xiàn)。DetMPI中改進(jìn)的通

3、信函數(shù)實(shí)現(xiàn)包括語(yǔ)義確定的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)阻塞通信函數(shù)、1∶N和N∶1模式的集合通信函數(shù)。
　　(2)在消息通道層，為擴(kuò)展后的DetMP設(shè)計(jì)SelfMP和CothreadMP兩種無(wú)阻塞實(shí)現(xiàn)模式。SelfMP下的每個(gè)進(jìn)程，其通信和計(jì)算由該進(jìn)程本身處理;而在CothreadMP下，每個(gè)進(jìn)程會(huì)附加一個(gè)線程負(fù)責(zé)通信，使得通信和計(jì)算能重疊。
　　在32核Linux機(jī)器上的實(shí)驗(yàn)表明，針對(duì)OSU Micro-BenchMarks中7個(gè)MPI程序，原

4、阻塞式實(shí)現(xiàn)是SelfMP執(zhí)行時(shí)間的0.98～2.21倍;針對(duì)1∶N和N∶1集合通信分別用DetMP程序comp-bcast和comp-gather評(píng)測(cè)，相比SelfMP，CothreadMP通過(guò)重疊通信和計(jì)算可以帶來(lái)平均19％的性能提升。
　　(3)設(shè)計(jì)基于傳統(tǒng)共享內(nèi)存的并發(fā)多播隊(duì)列框架CMQue，并基于CMQue重新實(shí)現(xiàn)DetMP。該工作旨在評(píng)估內(nèi)存模型(SPMC和傳統(tǒng)共享內(nèi)存)、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)組織（順序、鏈?zhǔn)剑?、同步機(jī)制（粗粒度鎖