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1、北京交通大学硕士学位论文LogGP模型的同步通信性能分析与评测姓名：李爱华申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：于双元20060301摘要摘要论文以L o g G P 并行计算模型的长消息通信机制为核心展开研究。并行计算模型为并行算法和并行计算机系统结构的分析与设计提供了具有指导意义的理论界面和模型框架，它是并行计算研究的重要领域。L o g P 模型能够评测并行计算机的实际性能，其四个参数L 、o 、g 、P 准确地表示了并行计算机的最重要的性能参数。L o g G P 模型是L o g P模型的扩展，在通信模型中引入了线性长消息机制，提高了通信带宽，既更好地发挥了并行机的效率，又
2、使得实际结果接近设计期望。在集群环境中，主要使用消息传递方式进行并行计算，M P I 作为最流行的消息传递平台，得到广泛应用。对于集群计算机上的M P I 平台的异步执行机制，L o 耵P 模型也是异步的，所以L o g G P 模型能够有效地指导集群计算杌下船I 平台上的并行计算。在发送长消息时，影响L o g G P 模型的通信性能的重要一点是没有考虑到同步。通过对长消息加一个长度界限值的方法对1 0 9 G P 模型进行改进，使得集群环境下的M P I 程序实现更加精确，效率更高。论文提出了根据M P I 下的通信模式来评估l o g G P 模型的参数的方法，设计了并行测试程序，对改进
3、前后1 0 9 G P 模型的参数在曙光1 7 0 0 集群计算机上进行了实际测量。实验结果显示发送额外开销是L o g G P 模型线性长消息的通信瓶颈，改进前后模型的参数的对比分析结果和性能对比结果表明改进后L o g G P模型的性能优于L o g G P 模型。关键字：并行计算模型，L o g P 模型，L o g G P 模型，杼I ，长消息A b s t r a c t1 1 l ek 咖e l0 ft h i st h e S i si Ss y n c h r o n o u sc o m m u n i c 撕o no fl o n gm e s s a g e0 fL 0
4、9 G Pm o d d 虹勰i m p o n a n tr e s e 砌a r e ao fp 缸a l l e lc o m p u t i n 吕p a 瑚1 e lc o m p u t i n g 脚蹦p r o V i d ea nd j 删i v et h e o r e t i c a li n t e r f a c ea n dm o d e l 丘锄郫嘟kf b ra n a l y s i sa n dd e s i g l I i n go fb o t hp 啦l l e la l g o r i t h m s 衄ds y s t e m s 删t e c t
5、 u r L o 驴m o d e lc a ne s t i m a t et h er c a lp c r f b 城她c eo fp a r a l l dc o m p u t c r ，a n dr e a lp a r 柚e t e r0 fp 盯a 1 1 e lc o m p u t e rc a nb ee x a c n ye x p r e s s e db y 五D l l rp 舢e t 盯ko ，g ，p 1 kL o g G Pm o d e l i sa I Ie x t e n s i o no ft h e 她Pm o d e lb y 跏p p o r
6、t i n gl o n gm c s s a g e ，w h j c hp m v i d ea 舢c hh i g h e fb 柚d w i d t l l ，n o to n l ye x p l o i t st h ep e r f o m 粕c eo fp a r a l l e lc o m p u t e r ，b u ta l s om a l 【e st h ep I e d i c t i o nb ed o s et ot h en l 玎t 洳ee f f c d P m n c lc o m p u t i n gj nc l u s t e r s 迅i m
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10、n l ep a p e Ia n dp 缸a l l e lt e s t h gp f 0 替a mi sd e s i 印e d 摘要1 1 1 ep a r 锄c t e r so fL o g G P 孤di t sc x t c n d e dm o d e li st e s t c di nm a c l I i n e ：D a w n i n gT c l 7 0 0S u p e rS e “e LB y 粕a I y z et I l ed a t ao ft e s t ，t h er c s u ni n d u d e ( 1 ) s e n 曲1 9o V e
11、r h e a di st l l eb o m e _ n e c ko fl o n gm 骼s a g ec o m m u n i c a t i o nu n d e rL o g G Pm o d e l ，( 2 ) t h ep e r f o m l 柚c eo fe x t e n d e dL o g G Pm o d e li sb e t t e rt h a nt I I eL D g G Pm O d e K I e y w o r d s ：P a m l l e lC o m p u t i n gM o d e l ，L D g PM o d e l ，L
12、D g G PM o d e l ，M P l ，b m gM e s S a g eY8 7 9 8 2 9独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽本人所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教学机构的学位或证书而使用过的材料。与我一起工作的同志对本研究所做的任何贡献已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名：蕉壁笙日期：蒯年弓月f o 日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查
13、阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保留论文。论文中所有创新和成果归北京交通大学计算机与信息技术学院所有。未经许可，任何单位和个人不得拷贝。版权所有，违者必究。本人签名虚鲻日期：州年7 月c 。日北京交通大学硕士学位论文1 绪论1 。1 研究背景人类对计算机性能的要求永无止境，在众多领域中对计算提出了极高的具有挑战性的要求。面对这种挑战，在一般的计算机上用传统的计算方法往往是无能为力的，而并行计算正是实现高性能计算、解决挑战性计算问题的有效手段。在对并行计算的广泛需求中，归纳起来主要有三种类型的应用：( 1 ) 计算密集( c o m p u t e I
14、 n t e n s i v e ) 型应用，如大型科学工程计算与数值模拟；( 2 ) 数据密集( D a t a _ I n t e n s i v e ) 型应用，如数字图书馆、数据仓库、数据开采和计算可视化等；( 3 ) 网络密集( N e t w o r k I n t e n s i v e ) 型应用，如协同工作、遥控和远程医疗诊断等。从另一方面讲，也正是这些重大的应用需求推动了当代并行计算技术的迅速发展。并行计算的出现源于实际应用程序存在内在并行度这一个基本事实。同时性和并行性是物质世界的一种普遍属性，具有实际物理背景的的计算问题在许多情况下都可以划分为能够并行计算的多个子任务。
15、针对某一具体应用问题，可以利用它们的内在并行度，设计并行算法，将其分解成相互独立、但彼此又有一定联系的若干个子问题，分别交给各台处理机，而所有处理机按照并行算法完成初始应用问题1 绪论的求解。可以看到，应用程序中是否存在可挖掘并行度是并行计算机应用的关键，而并行算法作为应用程序开发的基础，自然在并行计算机应用中具有举足轻重的地位。在使用并行计算机解决一个实际问题时，并行算法的设计是很重要的，而且最终它要成为一个由程序实现的结构依赖性的算法。这就需要有一个抽象的并行计算机结构来作为研究高效的结构依赖性的算法的基础，以保证所设计的并行算法适应广泛的并行计算机结构，并能依照抽象的结构来分析并行算法的
16、效率，从而指导与并行结构相匹配的并行算法设计。从并行算法的设计和分析出发，从各种具体的并行机中抽象出来，在一定程度上反映出具体并行机的属性，可以使算法研究不再局限于某一具体的并行机的模型，称之为并行计算模型( 或抽象机器模型) 。“。从更广阔的意义来说，并行计算模型为并行计算提供了硬件与软件的界面。在该界面的约定下，并行系统的硬件设计者和软件设计者可以开发对并行性的支持机制，从而提高系统的性能。并行计算模型的主要作用如下：( 1 ) 并行计算模型是并行算法实现的基础。并行算法设计与分析依赖于并行计算模型，通常人们针对统一问题可以设计出多种不同算法以适应在不同模型上对该问题的求解，并分析和评价并行算法的优劣。( 2 ) 并行计算模型给并行计算设计与分析提供了一个简单方便北京交通大学硕士学位论文的框架。由于并行计算模型抽象了一类并行计算机的基本特征，避开了硬件结构过多的繁琐细节的限制，从而保证了它在相当范围内的通用性，同时又能反映出不同算法的主要特征，为算法设计提供启发、指导和评价的依据。( 3 ) 并行计算模型使并行算法设计具有一定的生命力
