检索结果-内蒙古大学图书馆

中国科学技术大学学报 2008年第7期38卷 841-847页

作者：陈国良苗乾坤孙广中徐云郑启龙中国科学技术大学计算机科学与技术系

传统单一的并行计算模型变得越来越复杂,对并行计算各阶段针对性不强、指导能力差的特点,为此提出了对并行计算模型分层研究的思想,依此把并行计算模型分为并行算法设计模型、并行程序设计模型、并行程序执行模型三个层次,分别给出了各... 详细信息

传统单一的并行计算模型变得越来越复杂,对并行计算各阶段针对性不强、指导能力差的特点,为此提出了对并行计算模型分层研究的思想,依此把并行计算模型分为并行算法设计模型、并行程序设计模型、并行程序执行模型三个层次,分别给出了各个模型的特点及研究内容.理论分析结果表明,通过分层,每个阶段的模型分工明确,目标单一,指导性强.

关键词：分层并行计算模型并行算法设计模型并行程序设计模型并行程序执行模型

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面向共享存储系统的计算模型及性能优化

面向共享存储系统的计算模型及性能优化

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作者：苗乾坤中国科学技术大学

学位级别：博士

长期以来,大规模计算的应用需求推动并行计算技术不断发展,并行计算机的峰值计算能力稳步提高。当前,基于共享存储的片上多核处理器搭建集群系统,成为并行体系结构的发展趋势,并行计算已经进入了千万亿次并行计算机的时代。但是,并行计... 详细信息

长期以来,大规模计算的应用需求推动并行计算技术不断发展,并行计算机的峰值计算能力稳步提高。当前,基于共享存储的片上多核处理器搭建集群系统,成为并行体系结构的发展趋势,并行计算已经进入了千万亿次并行计算机的时代。但是,并行计算机的实际应用水平不高,应用程序实测性能远低于系统的峰值性能。因此,充分发挥并行计算机的计算能力,加速应用程序的执行速度,逐渐成为并行计算领域中亟需解决的一个关键问题。未来,共享存储系统是搭建大规模并行处理系统的基本单元。围绕提高并行计算机的实际应用效率,缩小实际应用性能与机器峰值性能之间的差异,本文以共享存储系统为目标平台,研究并行计算模型以及程序性能优化关键技术,主要研究工作分为两部分：一是研究分层的并行计算模型,为并行算法设计和并行程序执行提供理论基础和分析方法,其中重点研究片上多核系统的程序执行模型;二是研究共享存储系统上的程序性能优化技术,以提高并行应用程序的实际性能,同时为程序执行模型提供思路和借鉴。本文针对计算模型和优化技术的研究,可以有效地提高并行应用的性能,充分发挥并行计算机的计算能力,具有重要的学术价值和广泛的应用前景。具体而言,本文的主要研究成果、贡献和创新点可概括为以下几点：（1）提出分层的并行计算模型随着并行机体系结构的快速发展变化,传统单一的并行计算模型变得越来越复杂,难以使用。本文对并行计算模型分层研究,把并行计算模型分为并行算法设计模型、并行程序设计模型和并行程序执行模型三个层次,分别给出了各层模型的特点及研究内容。（2）优化共享存储系统上消息传递的通信性能MPI是一种流行的并行编程接口,同时支持分布存储并行机和共享存储并行机。针对MPI在共享存储上的驱动程序通信性能不高,本文提出一种共享存储系统上MPI消息传递优化方法,利用共享内存系统上进程间通讯机制和自旋等待同步策略,实现了进程间直接数据复制,减少了消息传递延迟,提高了共享存储系统上点对点和集合通信性能,优化了实际应用程序的通信性能。（3）优化共享存储系统上典型应用程序的性能本文研究两个典型的并行应用,分别在两种共享存储系统上的优化方法。一个是在对称多处理机上,基于MPI的生物信息领域的应用Mfold的并行优化;另一个是在片上多核系统上,基于OpenMP的信息检索领域的应用CBIR的并行优化。针对应用和系统特点,设计了高效的并行算法,挖掘共享存储系统的多级并行度,有效优化了应用的指令级并行性、数据级并行性和线程级并行性,加速了应用程序在共享存储系统上的速度,为这一类平台上开发高效应用程序提供了借鉴。（4）提出面向片上多核系统的定量程序执行模型结合对共享存储系统上应用程序性能优化的研究,本文提出面向片上多核系统的定量程序执行模型CRAM（h）。CRAM（h）模型考虑了指令执行行为、层次存储访问行为及并行处理行为,抽取关键性能参数,对程序执行时间进行建模。实验表明,模型评估的程序执行时间与实际程序运行时间基本一致。

关键词：并行计算共享存储系统分层并行计算模型对称多处理机多核处理器性能优化性能评测程序执行模型

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面向数据通信优化的并行程序执行模型

面向数据通信优化的并行程序执行模型

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作者：方维中国科学技术大学

学位级别：博士

并行计算模型是并行计算的重要研究内容。随着高性能计算技术的日益发展,并行计算的软硬件结构也越来越复杂.一方面计算机硬件持续复杂化,如多核处理器、异构多平台、各种高速网络等技术的加入,使得应用程序在这些平台上的执行行为难以... 详细信息

并行计算模型是并行计算的重要研究内容。随着高性能计算技术的日益发展,并行计算的软硬件结构也越来越复杂.一方面计算机硬件持续复杂化,如多核处理器、异构多平台、各种高速网络等技术的加入,使得应用程序在这些平台上的执行行为难以预测；另一方面计算机软件持续抽象化,并日益脱离硬件。传统的并行计算模型已不能适应当前并行计算的高速发展。分层并行计算模型的提出,从算法设计,程序实现和程序执行三个层次分别考虑,力图解决并行计算模型不能适应当前并行计算发展的矛盾。并行程序执行模型是分层并行计算模型的重要组成部分,其中的数据通信过程又是并行程序执行模型中重要的一个方面,因为其与并行系统中的若干子系统相关,如系统连接拓扑结构,应用程序通信拓扑,互连网络性能,处理器间同步、负载平衡等等。本文基于若干实际应用研究,力图构建面向数据通信优化的并行程序执行模型,将并行程序中的数据通信过程划分为三个子过程：数据准备过程,通信准备过程以及数据传输过程。这三个子过程之间存在紧密的联系却又有一定独立性,并且均对程序通信的速度和效率有着重要影响。本文从三个不同的并行计算实例中深入分析这三个部分的特点以及优化方法,从不同角度揭示了优化并行程序通信效率的若干方法。具体而言,本文的主要研究成果和创新点可概括为以下几点： (1)提出了面向数据通信优化的并行执行模型：通过对MPI实现中的通信操作过程进行深入研究,从中抽取出影响并行计算程序数据通信效率的各种因素,将整个数据通信过程分解为数据准备、通信准备以及数据传输三个子过程,分析了这三个子过程各自的特点和研究内容,本文提出了面向数据通信优化的并行程序执行模型。同时给出了模型的一些性质和讨论,以期能够预测出并行应用程序在运行时的行为以及帮助程序执行者对应用程序的数据通信过程进行优化。 (2)研究了数据准备过程中的优化方法,并在三维快速傅里叶变换的应用中讨论了其执行模型：数据准备过程的优化极大地影响着数据通信的效率。本文以三维快速傅里叶变换的实际应用为例,探讨了数据准备过程的优化对数据通信的重要影响。本文同时提出了一种新的三维快速傅里叶变换的并行算法,针对稀疏三维向量的傅里叶变换,通过重新调整X、y、z三个方向的计算顺序,能最大限度地减少结点间的通信量,从而减少计算时间,提高并行加速比。 (3)对通信准备过程中的优化方法进行了探讨,并研究了Sort-Last模式下图像合成过程实现程序的执行模型：通信准备过程在数据通信三个子过程中起着承上启下的作用,本文以Sort-Last模式下的并行绘制为例,研究了通信准备过程中的优化方法。图像合成是并行绘制中的一个性能瓶颈,本文提出了一系列基于流水线的并行图像合成方法,通过重叠图形绘制时间和通信时间得到了流畅的实时绘制效果。实验表明,流水线方法在结点数目的可扩展性上和图像像素可扩展性上均优于已有算法。 (4)研究了数据传输过程的优化方法,并使用了执行模型分析预测了动态进程映射方法在实现中的性能和执行行为：数据传输是三个子过程中最为复杂和难以预测的过程。本文在优化MPI程序中的群集操作的实现中,基于数据传输过程选择最优信道的思路,提出了动态进程映射方法。其基本思想是在运行时改变进程的编号来改变群集操作拓扑结构,以期优化应用程序运行时的通信效率。对于不同的运行时环境我们分别提出离线和在线两种不同的方法来计算映射数组。本文基于MPICH2实现了动态进程映射方法,并在实验中验证了执行模型的实用性和有效性。

关键词：并行计算分层并行计算模型程序执行模型数据通信性能优化三维傅里叶变换并行绘制进程映射群集通信

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多核异构环境下通用并行计算框架关键技术研究

多核异构环境下通用并行计算框架关键技术研究

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作者：盛艳秀中国海洋大学

学位级别：博士

随着科技的发展，尤其是计算机技术的发展，各个行业中的数据量都开始呈指数型增长，传统的串行计算能力，已经远远不能满足日益增长的数据处理需求。在这种背景下，并行计算技术应运而生，其主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题。... 详细信息

随着科技的发展，尤其是计算机技术的发展，各个行业中的数据量都开始呈指数型增长，传统的串行计算能力，已经远远不能满足日益增长的数据处理需求。在这种背景下，并行计算技术应运而生，其主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题。并行计算不仅和国家的科技和经济发展密切相关,而且直接影响到国防能力和国家安全，如核爆炸模拟，复杂系统精确解算、基因研究和国家机要通信的加密与解密等等。并行计算能力是衡量国家实力的重要标志。虽然并行计算已发展多年，在一些具体问题的解决上也已经有了较为实用的方案，总结了相当多的经验，但还远远不及串行算法那样丰富，因此这门学科研究尚不成熟。并行算法与串行算法的最大不同之处在于，不仅需要考虑问题本身的解决方法，还需要考虑问题所适用的并行模型，若要达到效率最大化，还需要考虑处理器架构、网络连接等因素，这必然会增加并行算法的设计和实现难度。本论文在分析了并行计算中的各种难题以及国内外研究现状的基础上，针对并行计算模型的种种难题，提出了一种新的满足多核处理器机群计算需求的分层异构并行的通用计算模型，并对其中的关键技术做了初步研究,具体内容如下: （1）提出了一种新的满足多核处理器机群计算需求的分层异构并行的通用计算模型，该模型将目标问题的开发划分为程序模型算法设计、并行程序设计、并行程序执行三个阶段。程序模型算法设计阶段，开发人员面对参数化的并行机设计程序模型算法；并行程序设计阶段，开发人员利用并行开发平台开发具体的并行程序，实现并行任务；并行程序执行阶段，并行程序运行在相应的软硬件架构下，通过解释系统优化的计算参数优化指令执行效率。（2）对模型框架进行细化和实现，针对分层异构模型的分层，在不同的层次设计相应的方法库、参数库、程序复用库等工具对模型功能以匹配，分层实现并行算法设计与实现的过程，最终实现并行计算模型的动态性、自适应性、可重构性与通用性。（3）在不同的层次之间，提出了语言解释系统和编译系统，实现层次之间的链接，保证了系统模型的框架的完整性和可实现性。（4）利用该异构并行通用计算模型，实现了叠前偏移程序并行算法的设计。叠前偏移程序算法是石油探测中经典算法之一，该算法的串行程序已经较为完善，但其并行算法一直是个较为复杂的问题。应用该模型很好地解决了其并行性。该通用并行计算框架对应用开发人员提供简单易用的设计语言，实现并行计算程序设计的高效性、正确性、普适性。因而具有广泛的应用前景和显著的社会效益。分层异构并行的通用计算模型为应用开发人员提供独立于硬件的可扩展的编程接口，为具有普遍性的问题建立方法库，为程序运行平台建立参数库，综合管理不同的计算资源，合理分配计算任务，减轻程序的开发难度以及应用开发人员的工作量。

关键词：并行计算分层并行计算模型参数库方法库语言解释系统

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