KD60平台MPI通信库优化设计
发布时间：2022-09-17 22:12
体系结构的发展使得大规模集群已经发展到多核的时代,多核架构对并行计算提出了新的要求。通信在并行计算中扮演着重要的作用,提升多核架构下通信的效率对提升并行计算的效率有着重要的作用。 KD60平台是采用首款国产多核芯片---龙芯3号搭建的国产万亿次多核集群。在并行计算中,常用的并行编程模型有消息传递模型和共享内存模型,MPI是最常用的消息传递编程接口,MPICH2通信库是符合MPI-2标准的一种重要实现。本文的主要工作就是为国产高性能集群平台KD60移植与优化MPICH2通信库,在结合kd60系统体系结构以及网络拓扑特点的基础上,分别提出数种优化方法分别对点到点通信以及群集通信的性能进行了优化。本文的主要工作可概括如下: 1.分析了多核体系架构的特点以及其存储层次模型,并指出多核架构下的通信存在的特点,并简要介绍通信所需的分析模型。 2.分析MPI标准的实现MPICH2库的结构及其各模块实现,同时指出在多核架构中,其实现中存在的不足之处。 3.对于MPI中的点到点通信,分别优化节点间网络通信性能和节点内共享内存通信性能:对于节点间网络通信性能,采取了TCP网...
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 并行计算
1.1.1 并行计算概述
1.1.2 当代并行计算机体系结构及发展趋势
1.1.3 通信在并行计算中作用
1.2 MPI 并行编程模型
1.2.1 主流并行编程模型
1.2.2 消息传递模型MPI 概述
1.3 KD60 高性能集群
1.3.1 硬件体系结构与网络拓扑
1.3.2 软件系统结构以及并行计算环境
1.4 本文工作
1.4.1 本文工作
1.4.2 章节安排
第2章 多核体系下的通信
2.1 概述
2.2 多核系统架构
2.2.1 CMP 架构
2.2.2 主流商用多核处理器
2.3 多核体系下的通信特征
2.3.1 三种层次的通信
2.3.2 多核体系下的通信分析模型
2.4 本章小结
第3章 MPICH2 通信库概述
3.1 概述
3.2 MPI-2 标准
3.3 MPICH2 层次结构及各模块实现
3.3.1 层次结构
3.3.2 MPICH2 底层通信模块Nemsis 实现
3.4 MPICH2 实现中的若干问题
3.4.1 性能以及扩展性
3.4.2 群集通信
3.5 本章小结
第4章 点到点通信优化
4.1 概述
4.2 点到点通信介绍
4.2.1 实现
4.2.2 点到点通信优化相关工作
4.3 集群网络性能优化
4.3.1 TCP 网络参数调优
4.3.2 网卡校验和的卸载
4.3.3 优化结果
4.4 节点内点到点通信性能优化
4.4.1 数据切片技术的应用
4.4.2 利用龙芯128 位访存指令改进memcpy 效率
4.4.3 单拷贝技术的应用
4.4.4 优化结果
4.5 本章小结
第5章 群集通信性能优化
5.1 概述
5.2 群集通信介绍
5.2.1 群集通信原有实现概述
5.2.2 群集通信优化的相关工作
5.3 一到多模式群集通信函数（MPI_Bcast 为例）优化
5.3.1 MPI_Bcast 原算法实现及其不足
5.3.2 优化算法实现及其理论分析
5.3.3 优化结果
5.4 多到多模式群集通信函数（MPI_Alltoall 为例）优化
5.4.1 MPI_Alltoall 原算法实现及其不足
5.4.2 优化算法实现及其分析
5.4.3 优化效果
5.5 本章小结
第6章 总结
6.1 本文工作
6.2 本文贡献与创新点
6.3 未来工作
参考文献
附录 A 插图索引
附录 B 表格索引
致谢
参加的科研项目和发表的论文
参加的科研项目
已录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]多核处理器机群Memory层次化并行计算模型研究[J]. 涂碧波,邹铭,詹剑锋,赵晓芳,樊建平. 计算机学报. 2008(11)
[2]MPICH标准通信模式下消息传递机制的研究[J]. 高飞,刘青昆,向文,黄丹. 长春师范学院学报. 2007(10)
硕士论文
[1]基于MPI的集群通信协议的分析与优化[D]. 姜薇.华中科技大学 2004
本文编号：3680032
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 并行计算
1.1.1 并行计算概述
1.1.2 当代并行计算机体系结构及发展趋势
1.1.3 通信在并行计算中作用
1.2 MPI 并行编程模型
1.2.1 主流并行编程模型
1.2.2 消息传递模型MPI 概述
1.3 KD60 高性能集群
1.3.1 硬件体系结构与网络拓扑
1.3.2 软件系统结构以及并行计算环境
1.4 本文工作
1.4.1 本文工作
1.4.2 章节安排
第2章 多核体系下的通信
2.1 概述
2.2 多核系统架构
2.2.1 CMP 架构
2.2.2 主流商用多核处理器
2.3 多核体系下的通信特征
2.3.1 三种层次的通信
2.3.2 多核体系下的通信分析模型
2.4 本章小结
第3章 MPICH2 通信库概述
3.1 概述
3.2 MPI-2 标准
3.3 MPICH2 层次结构及各模块实现
3.3.1 层次结构
3.3.2 MPICH2 底层通信模块Nemsis 实现
3.4 MPICH2 实现中的若干问题
3.4.1 性能以及扩展性
3.4.2 群集通信
3.5 本章小结
第4章 点到点通信优化
4.1 概述
4.2 点到点通信介绍
4.2.1 实现
4.2.2 点到点通信优化相关工作
4.3 集群网络性能优化
4.3.1 TCP 网络参数调优
4.3.2 网卡校验和的卸载
4.3.3 优化结果
4.4 节点内点到点通信性能优化
4.4.1 数据切片技术的应用
4.4.2 利用龙芯128 位访存指令改进memcpy 效率
4.4.3 单拷贝技术的应用
4.4.4 优化结果
4.5 本章小结
第5章 群集通信性能优化
5.1 概述
5.2 群集通信介绍
5.2.1 群集通信原有实现概述
5.2.2 群集通信优化的相关工作
5.3 一到多模式群集通信函数（MPI_Bcast 为例）优化
5.3.1 MPI_Bcast 原算法实现及其不足
5.3.2 优化算法实现及其理论分析
5.3.3 优化结果
5.4 多到多模式群集通信函数（MPI_Alltoall 为例）优化
5.4.1 MPI_Alltoall 原算法实现及其不足
5.4.2 优化算法实现及其分析
5.4.3 优化效果
5.5 本章小结
第6章 总结
6.1 本文工作
6.2 本文贡献与创新点
6.3 未来工作
参考文献
附录 A 插图索引
附录 B 表格索引
致谢
参加的科研项目和发表的论文
参加的科研项目
已录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]多核处理器机群Memory层次化并行计算模型研究[J]. 涂碧波,邹铭,詹剑锋,赵晓芳,樊建平. 计算机学报. 2008(11)
[2]MPICH标准通信模式下消息传递机制的研究[J]. 高飞,刘青昆,向文,黄丹. 长春师范学院学报. 2007(10)
硕士论文
[1]基于MPI的集群通信协议的分析与优化[D]. 姜薇.华中科技大学 2004
本文编号：3680032
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3680032.html
