Beowulf并行計(jì)算系統(tǒng)可擴(kuò)展性的研究與應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，高性能計(jì)算技術(shù)蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的科學(xué)計(jì)算問(wèn)題能夠通過(guò)并行程序設(shè)計(jì)得到解決。但在基礎(chǔ)理論研究等眾多領(lǐng)域，問(wèn)題規(guī)模越來(lái)越大，需要更多的計(jì)算資源，所以并行計(jì)算系統(tǒng)必須隨之?dāng)U展，以提高計(jì)算能力。然而系統(tǒng)的效率并不是隨節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加而呈線(xiàn)性增長(zhǎng)，當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)一定規(guī)模時(shí)會(huì)出現(xiàn)效率降低、執(zhí)行時(shí)間難以預(yù)測(cè)等問(wèn)題，在異構(gòu)系統(tǒng)中這些問(wèn)題更為嚴(yán)重。因此，深入了解可擴(kuò)展性將有助于對(duì)大型應(yīng)用問(wèn)題的并行計(jì)算系統(tǒng)的性能做出合適的評(píng)價(jià)，也有益于并行算法與并行系

2、統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)。 基于消息傳遞通信的Beowulf并行計(jì)算系統(tǒng)作為高性能計(jì)算的一個(gè)分支或流派，具有廉價(jià)、易管理、性?xún)r(jià)比高等眾多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文主要從效率方面分析異構(gòu)Beowulf并行系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，研究當(dāng)處理機(jī)節(jié)點(diǎn)增加時(shí)，問(wèn)題規(guī)模應(yīng)如何變化才能使擴(kuò)展前后的效率保持不變，并以此來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。 由于異構(gòu)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)處理能力的差異，任務(wù)分配策略的好壞將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。因此，本文從研究任務(wù)分配、負(fù)載均衡出

3、發(fā)，改進(jìn)了MPICH務(wù)分配上的缺點(diǎn)，構(gòu)建了一個(gè)基于OpenPBS和MPICH的負(fù)載均衡模型。模型使用相對(duì)處理速度的概念，把每個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理能力進(jìn)行量化，調(diào)度節(jié)點(diǎn)根據(jù)每臺(tái)節(jié)點(diǎn)處理能力的權(quán)重值來(lái)分配任務(wù)，以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載均衡。實(shí)驗(yàn)表明本文構(gòu)建的模型可以把任務(wù)較為合理的分配到各節(jié)點(diǎn)去執(zhí)行，為分析系統(tǒng)的可擴(kuò)展性以及可擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)提供了良好基礎(chǔ)。 目前可擴(kuò)展性研究主要集中在并行算法與并行系統(tǒng)相結(jié)合的可擴(kuò)展性上，即研究如何隨節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加而

4、擴(kuò)展問(wèn)題規(guī)模，使得執(zhí)行時(shí)間較合理且效率較高。 等效率模型揭示了由并行算法和并行系統(tǒng)共同影響下的計(jì)算性能，但它主要針對(duì)同構(gòu)系統(tǒng)，沒(méi)有考慮各處理節(jié)點(diǎn)的差異。雖然異構(gòu)系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越普遍，但在效率和可擴(kuò)展性的概念方面一直沒(méi)有合適的定義來(lái)研究它的特性。本文改進(jìn)了同構(gòu)系統(tǒng)下的等效率模型，提出了一個(gè)效率的定義，使它能夠同時(shí)應(yīng)用到同構(gòu)系統(tǒng)和異構(gòu)系統(tǒng)，并構(gòu)建了一個(gè)適合同構(gòu)系統(tǒng)和異構(gòu)系統(tǒng)的等效率模型，找到了使擴(kuò)展前后系統(tǒng)保持相同效率的充分必要條件。