面向共享存儲系統(tǒng)的計算模型及性能優(yōu)化.pdf

1、長期以來，大規(guī)模計算的應用需求推動并行計算技術不斷發(fā)展，并行計算機的峰值計算能力穩(wěn)步提高。當前，基于共享存儲的片上多核處理器搭建集群系統(tǒng)，成為并行體系結構的發(fā)展趨勢，并行計算已經進入了千萬億次并行計算機的時代。但是，并行計算機的實際應用水平不高，應用程序實測性能遠低于系統(tǒng)的峰值性能。因此，充分發(fā)揮并行計算機的計算能力，加速應用程序的執(zhí)行速度，逐漸成為并行計算領域中亟需解決的一個關鍵問題。
　　 未來，共享存儲系統(tǒng)是搭建大規(guī)模并行

2、處理系統(tǒng)的基本單元。圍繞提高并行計算機的實際應用效率，縮小實際應用性能與機器峰值性能之間的差異，本文以共享存儲系統(tǒng)為目標平臺，研究并行計算模型以及程序性能優(yōu)化關鍵技術，主要研究工作分為兩部分：一是研究分層的并行計算模型，為并行算法設計和并行程序執(zhí)行提供理論基礎和分析方法，其中重點研究片上多核系統(tǒng)的程序執(zhí)行模型；二是研究共享存儲系統(tǒng)上的程序性能優(yōu)化技術，以提高并行應用程序的實際性能，同時為程序執(zhí)行模型提供思路和借鑒。本文針對計算模型和優(yōu)化

3、技術的研究，可以有效地提高并行應用的性能，充分發(fā)揮并行計算機的計算能力，具有重要的學術價值和廣泛的應用前景。具體而言，本文的主要研究成果、貢獻和創(chuàng)新點可概括為以下幾點：
　　 (1)提出分層的并行計算模型隨著并行機體系結構的快速發(fā)展變化，傳統(tǒng)單一的并行計算模型變得越來越復雜，難以使用。本文對并行計算模型分層研究，把并行計算模型分為并行算法設計模型、并行程序設計模型和并行程序執(zhí)行模型三個層次，分別給出了各層模型的特點及研究內容。<

4、br>　　 (2)優(yōu)化共享存儲系統(tǒng)上消息傳遞的通信性能MPI是一種流行的并行編程接口，同時支持分布存儲并行機和共享存儲并行機。針對MPI在共享存儲上的驅動程序通信性能不高，本文提出一種共享存儲系統(tǒng)上MPI消息傳遞優(yōu)化方法，利用共享內存系統(tǒng)上進程間通訊機制和自旋等待同步策略，實現了進程間直接數據復制，減少了消息傳遞延遲，提高了共享存儲系統(tǒng)上點對點和集合通信性能，優(yōu)化了實際應用程序的通信性能。
　　 (3)優(yōu)化共享存儲系統(tǒng)上典型應

5、用程序的性能本文研究兩個典型的并行應用，分別在兩種共享存儲系統(tǒng)上的優(yōu)化方法。一個是在對稱多處理機上，基于MPI的生物信息領域的應用Mfold的并行優(yōu)化；另一個是在片上多核系統(tǒng)上，基于OpenMP的信息檢索領域的應用CBIR的并行優(yōu)化。針對應用和系統(tǒng)特點，設計了高效的并行算法，挖掘共享存儲系統(tǒng)的多級并行度，有效優(yōu)化了應用的指令級并行性、數據級并行性和線程級并行性，加速了應用程序在共享存儲系統(tǒng)上的速度，為這一類平臺上開發(fā)高效應用程序提供了借