事務(wù)存儲(chǔ)編程和KD-50-I萬(wàn)億次機(jī)軟件庫(kù)優(yōu)化的若干問題研究.pdf

1、隨著并行計(jì)算機(jī)的發(fā)展，特別是片上多處理器CMP(Chip MultiProcessor)，又通稱為多核處理器的出現(xiàn)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到并行計(jì)算加速應(yīng)用的重要性，但是普及并行計(jì)算主要受到并行編程復(fù)雜和高性能計(jì)算機(jī)價(jià)格昂貴等方面因素的制約。本文研究工作分為兩個(gè)部分：一是研究多核下事務(wù)存儲(chǔ)并行編程技術(shù)，從而減輕并行編程難度；二是優(yōu)化首臺(tái)國(guó)產(chǎn)萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)KD-50-I的軟件庫(kù)(數(shù)學(xué)庫(kù)和通信庫(kù))，以利于低功耗、低價(jià)位的國(guó)產(chǎn)高性能機(jī)推廣普及。本文

2、主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)與創(chuàng)新是： 1.基于事務(wù)存儲(chǔ)執(zhí)行的并行編程模型討論了未來(lái)多核體系結(jié)構(gòu)上基于事務(wù)存儲(chǔ)執(zhí)行的并行編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了編寫事務(wù)存儲(chǔ)執(zhí)行程序框架的軟件庫(kù)，通過(guò)提供一系列開始、提交和終止等事務(wù)執(zhí)行程序接口，以詳細(xì)和直觀的方式對(duì)源代碼實(shí)現(xiàn)事務(wù)相關(guān)，從而對(duì)新型軟件事務(wù)存儲(chǔ)算法和技術(shù)的驗(yàn)證，以及硬件事務(wù)存儲(chǔ)執(zhí)行平臺(tái)的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。 2.擴(kuò)充OpenMP支持事務(wù)存儲(chǔ)執(zhí)行功能雖然OpenMP是多核體系結(jié)構(gòu)上的流行多線程并行

3、編程模型，但是OpenMP編譯器不檢查數(shù)據(jù)相關(guān)性、訪問沖突和其他可能導(dǎo)致程序錯(cuò)誤執(zhí)行的問題，這些問題傳統(tǒng)上完全依賴用戶使用鎖機(jī)制來(lái)保證程序的正確性。鎖機(jī)制的并行編程中存在并行程序效率和并行編程難度的矛盾。粒度大的鎖機(jī)制編程容易，可應(yīng)用的并行性挖掘比較差；粒度小的鎖機(jī)制應(yīng)用的并行性挖掘較好，可編程難度大，容易帶來(lái)優(yōu)先權(quán)倒置、死鎖和鎖護(hù)航等問題。本文通過(guò)擴(kuò)充OpenMP支持事務(wù)存儲(chǔ)執(zhí)行功能，可有效緩解OpenMP并行編程中并行程序效率和并行

4、編程難度之間矛盾。 3.多核下事務(wù)存儲(chǔ)執(zhí)行并行加速串行二進(jìn)制程序歷史遺留無(wú)源碼的二進(jìn)制代碼由于多是單線程串行程序，無(wú)法充分利用到現(xiàn)有多核處理器計(jì)算資源。若想在多核下得到性能的提升，可以通過(guò)反編譯得到偽代碼，然后對(duì)偽代碼多線程并行化。其主要困難是：一是反編譯對(duì)數(shù)據(jù)類型和復(fù)雜控制流恢復(fù)很困難，得到的偽代碼可讀性很差：二是程序并行化時(shí)分析程序的數(shù)據(jù)相關(guān)性很難，分析可讀性差的偽代碼更難。提出反編譯二進(jìn)制代碼到中間代碼，然后利用事務(wù)存儲(chǔ)執(zhí)

5、行原理，對(duì)中間代碼并行投機(jī)多線程編譯，(假定線程間的依賴關(guān)系不存在，放松對(duì)編譯器的限制，選擇可以投機(jī)并行執(zhí)行的部分并行執(zhí)行)。通過(guò)沖突檢測(cè)和事務(wù)撤銷機(jī)制，保證即使依賴存在，對(duì)程序結(jié)果的正確性也沒有影響。從而解決了以往反編譯得到的偽代碼的信息不完整和并行編譯器保守的問題，更充分的挖掘了二進(jìn)制程序的潛在并行性。 4.首臺(tái)國(guó)產(chǎn)萬(wàn)億次機(jī)KD-50-I的數(shù)學(xué)庫(kù)和通信庫(kù)優(yōu)化國(guó)產(chǎn)萬(wàn)億次機(jī)KD-50-I具有低功耗、低占地面積、高計(jì)算密度三大特點(diǎn)

6、，對(duì)未來(lái)研制國(guó)產(chǎn)千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及提高其自主創(chuàng)新性具有示范作用。本文針對(duì)萬(wàn)億次機(jī)節(jié)點(diǎn)使用的龍芯2F處理器支持乘加指令和四發(fā)射流水線的特點(diǎn)，采用循環(huán)展開和指令調(diào)度提高指令的并行性，以及采用預(yù)取減小訪問內(nèi)存的開銷等技術(shù)優(yōu)化了數(shù)學(xué)庫(kù)；同時(shí)針對(duì)萬(wàn)億次機(jī)節(jié)點(diǎn)間拓?fù)涔潭ā哟魏?jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用簡(jiǎn)化的LBP通信模型分析優(yōu)化了通信庫(kù)。數(shù)學(xué)庫(kù)和通信庫(kù)的優(yōu)化，提高了KD-50-I的并行應(yīng)用運(yùn)行效率，對(duì)KD-50-I國(guó)產(chǎn)高性能機(jī)的推廣普及具有重要的意

7、義。 5.國(guó)產(chǎn)萬(wàn)億次機(jī)KD-50-I在并行數(shù)據(jù)挖掘在中的應(yīng)用研究基于串行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足海量數(shù)據(jù)和極其復(fù)雜的運(yùn)算的需求。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展，并行數(shù)據(jù)挖掘成為解決上述問題的可能。本文選擇以金融風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)用為背景，結(jié)合國(guó)產(chǎn)萬(wàn)億次機(jī)KD-50-I節(jié)點(diǎn)使用處理器的特點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化并行數(shù)據(jù)挖掘算法，提高了應(yīng)用運(yùn)行效率，為KD-50-I在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，提供了并行算法設(shè)計(jì)和并行編程的參考