事務(wù)存儲編程和KD-50-I萬億次機軟件庫優(yōu)化的若干問題研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著并行計算機的發(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)識到并行計算加速應(yīng)用的重要性,但是普及并行計算主要受到并行編程復(fù)雜和高性能計算機價格昂貴等方面因素的制約。本文研究工作分為兩個部分:一是研究多核下事務(wù)存儲并行編程技術(shù),從而減輕并行編程難度;二是優(yōu)化首臺國產(chǎn)萬億次高性能計算機KD-50-I的軟件庫(數(shù)學(xué)庫和通信庫),以利于低功耗、低價位的國產(chǎn)高性能機推廣普及。本文

2、主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)與創(chuàng)新是: 1.基于事務(wù)存儲執(zhí)行的并行編程模型討論了未來多核體系結(jié)構(gòu)上基于事務(wù)存儲執(zhí)行的并行編程技術(shù),實現(xiàn)了編寫事務(wù)存儲執(zhí)行程序框架的軟件庫,通過提供一系列開始、提交和終止等事務(wù)執(zhí)行程序接口,以詳細(xì)和直觀的方式對源代碼實現(xiàn)事務(wù)相關(guān),從而對新型軟件事務(wù)存儲算法和技術(shù)的驗證,以及硬件事務(wù)存儲執(zhí)行平臺的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。 2.擴充OpenMP支持事務(wù)存儲執(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制來保證程序的正確性。鎖機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。粒度大的鎖機制編程容易,可應(yīng)用的并行性挖掘比較差;粒度小的鎖機制應(yīng)用的并行性挖掘較好,可編程難度大,容易帶來優(yōu)先權(quán)倒置、死鎖和鎖護(hù)航等問題。本文通過擴充OpenMP支持事務(wù)存儲執(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)存儲執(zhí)行并行加速串行二進(jìn)制程序歷史遺留無源碼的二進(jìn)制代碼由于多是單線程串行程序,無法充分利用到現(xiàn)有多核處理器計算資源。若想在多核下得到性能的提升,可以通過反編譯得到偽代碼,然后對偽代碼多線程并行化。其主要困難是:一是反編譯對數(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)存儲執(zhí)

5、行原理,對中間代碼并行投機多線程編譯,(假定線程間的依賴關(guān)系不存在,放松對編譯器的限制,選擇可以投機并行執(zhí)行的部分并行執(zhí)行)。通過沖突檢測和事務(wù)撤銷機制,保證即使依賴存在,對程序結(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.首臺國產(chǎn)萬億次機KD-50-I的數(shù)學(xué)庫和通信庫優(yōu)化國產(chǎn)萬億次機KD-50-I具有低功耗、低占地面積、高計算密度三大特點

6、,對未來研制國產(chǎn)千萬億次計算機系統(tǒng)及提高其自主創(chuàng)新性具有示范作用。本文針對萬億次機節(jié)點使用的龍芯2F處理器支持乘加指令和四發(fā)射流水線的特點,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;同時針對萬億次機節(jié)點間拓?fù)涔潭?、層次簡單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點,采用簡化的LBP通信模型分析優(yōu)化了通信庫。數(shù)學(xué)庫和通信庫的優(yōu)化,提高了KD-50-I的并行應(yīng)用運行效率,對KD-50-I國產(chǎn)高性能機的推廣普及具有重要的意

7、義。 5.國產(chǎn)萬億次機KD-50-I在并行數(shù)據(jù)挖掘在中的應(yīng)用研究基于串行計算機系統(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)雜的運算的需求。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高性能計算機的發(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)險管理應(yīng)用為背景,結(jié)合國產(chǎn)萬億次機KD-50-I節(jié)點使用處理器的特點和節(jié)點間網(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)計和并行編程的參考

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