MPI数据相似性多核处理器SUIF编译优化MPI-Optimizer硕士论文.doc

面向MPI程序的进程数据相似性分析与优化技术计算机科学与技术， 2010， 硕士【摘要】 近年来,随着半导体工艺和体系结构的不断发展,采用共享存储结构的多核处理器已经成为通用微处理器的主流发展方向,并迅速地在高性能并行计算机领域得到广泛应用。MPI(Message Passing Interface)是并行计算机中使用最为广泛的编程模型之一,很多领域中均存在大量的MPI应用程序。然而,研究表明,传统MPI程序中大量存在这样一类数据,当程序执行时,多个进程虽然私有访问该数据在各自进程中的副本,但访问的值是相同的,这使得多个进程对该数据的访问具有相似性,传统MPI程序在执行时需要为每个进程创建一个该数据的副本,这极大地加剧了系统中共享存储资源的竞争,导致传统MPI程序在以多核处理器为代表的共享存储结构并行计算机上的运行效率面临巨大挑战。为了避免传统MPI程序进程访问数据的相似性对程序执行性能的影响,本文主要从以下三个方面开展了研究工作:首先,本文给出了相似数据的定义,通过大量分析传统MPI程序中相似数据的特征,提出了一种共享相似数据的优化方法,同时,利用开源编译器SUIF2系统设计了一个相似数据编译优化方法的基本框架,该框架在总体上给出了相似数据的优化思路,为自动化地实现相似数.更多还原【Abstract】 Recently, with the development of semiconductor technics and architecture, multicore processors with shared memory architecture become the mainstream of general microprocessors. MPI (Message Passing Interface) is one of the most widely used programming models in parallel computers, and massive MPI applications exist in numerous fields. However, researches show that, a kind of data exists in traditional MPI programs extensively, and their values are the same though each process accesses its own c.更多还原 【关键词】 MPI； 数据相似性； 多核处理器； SUIF； 编译优化； MPI-Optimizer； 【Key words】 MPI； Data Similarity； Multicore Processor； SUIF； Compiler Optimization； MPI-Optimizer； 摘要 9-10 ABSTRACT 10-11 第一章 绪论 12-24 1.1 课题研究背景 12-21 1.1.1 典型的并行计算机体系结构 12-17 1.1.2 多核处理器的产生及发展 17-18 1.1.3 MPI程序的进程数据相似性 18-19 1.1.4 相似数据的编译优化 19-21 1.2 相关研究工作 21-22 1.3 课题研究内容与创新 22-23 1.4 论文结构 23-24 第二章 相似数据编译优化方法的基本框架 24-30 2.1 优化方法 24-25 2.2 SUIF2 系统 25-27 2.3 基本框架 27-29 2.3.1 总体思路 27 2.3.2 基本框架 27-28 2.3.3 开发策略 28-29 2.4 小结 29-30 第三章 相似数据共享竞争的分析模型 30-52 3.1 基本定义 30-34 3.2 相似数据共享竞争的分析 34-40 3.2.1 相似序列内的相似数据共享竞争分析 35-36 3.2.2 非相似序列内的相似数据共享竞争分析 36-38 3.2.3 相似序列与非相似序列间的相似数据共享竞争分析 38-40 3.3 保证无相似数据共享竞争错误的条件 40-46 3.3.1 保证相似序列内无相似数据共享竞争错误的条件 40-42 3.3.2 保证非相似序列内无相似数据共享竞争错误的条件 42-45 3.3.3 保证相似序列与非相似序列间无相似数据共享竞争错误的条件 45-46 3.4 优化规则 46-49 3.4.1 保护措施 46-47 3.4.2 优化规则 47-49 3.5 扩展后MPI编程模型 49-50 3.6 小结 50-52 第四章 相似数据编译优化工具的设计与实现 52-68 4.1 动态内存分配机制 52-53 4.2 共享内存机制 53-55 4.3 总体设计 55-59 4.4 基于SUIF2 技术的工具实现 59-67 4.4.1 总体实现 60-61 4.4.2 VariableSymbol对象的转换实现 61-63 4.4.3 Expression对象的转换实现 63-65 4.4.4 Statement对象的转换实现 65-67 4.5 小结 67-68 第五章 实验验证及结果分析 68-76 5.1 实验方法 68-69 5.1.1 Intel Vtune概述 68 5.1.2 实验平台 68-69 5.2 矩阵乘程序测试及结果分析 69-72 5.2.1 MM(Matrix Multiplication)程序描述 69 5.2.2 测试结果及分析 69-72 5.3 Jacobi迭代程序测试及结果分析 72-75 5.3.1 J