基于確定性虛擬內存模型的無阻塞通信的研究.pdf

1、在多核單機系統(tǒng)上，多個共享資源的線程或進程間的交錯執(zhí)行是不確定的，導致并行軟件難以開發(fā)、調試，存在安全隱患。為保證線程或進程交錯執(zhí)行的確定性，課題組已提出確定性生產-消費虛擬內存模型SPMC，并封裝SPMC內存區(qū)域建立確定性消息通道及其編程接口DetMP，實現DetMPI以支持MPI中語義確定的子集。DetMPI能使MPI程序不經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實現要差。
　　

2、實驗分析表明，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制實現MPI中的無阻塞通信接口。為此，本文擴展SPMC和DetMP以提供對無阻塞通信的支持，改進DetMPI中無阻塞通信函數的實現，在保證確定性的前提下提升性能。本文的主要貢獻是:
　　(1)在SPMC層和消息通道層引入支持無阻塞通信的原語和接口，并基于擴展后的DetMP改進DetMPI的實現。DetMPI中改進的通

3、信函數實現包括語義確定的點對點無阻塞通信函數、1∶N和N∶1模式的集合通信函數。
　　(2)在消息通道層，為擴展后的DetMP設計SelfMP和CothreadMP兩種無阻塞實現模式。SelfMP下的每個進程，其通信和計算由該進程本身處理;而在CothreadMP下，每個進程會附加一個線程負責通信，使得通信和計算能重疊。
　　在32核Linux機器上的實驗表明，針對OSU Micro-BenchMarks中7個MPI程序，原

4、阻塞式實現是SelfMP執(zhí)行時間的0.98～2.21倍;針對1∶N和N∶1集合通信分別用DetMP程序comp-bcast和comp-gather評測，相比SelfMP，CothreadMP通過重疊通信和計算可以帶來平均19％的性能提升。
　　(3)設計基于傳統(tǒng)共享內存的并發(fā)多播隊列框架CMQue，并基于CMQue重新實現DetMP。該工作旨在評估內存模型(SPMC和傳統(tǒng)共享內存)、數據的存儲組織（順序、鏈式）、同步機制（粗粒度鎖