跨流域调水条件下水库群联合调度图的多核并行计算研究

为提高跨流域调水条件下大规模复杂水库群优化调度的计算效率和求解精度,采用并行PSO算法进行联合调度图模型的多核并行求解。该算法充分利用PSO搜索速度快、天然并行性等特点,引入多种群思想保证种群的多样性,提高算法的全局收敛能力;采用基于分治策略的Fork/Join框架实现将子种群分配到不同CPU内核进行独立求解;利用Java并发过程中的同步和通信机制实现子种群间的信息交流,避免陷入局部最优。最后通过实例分析表明,多核并行PSO算法能够充分利用多核资源,有利于提高联合调度图模型的求解速度和精度,是解决大规模复杂水库群优化调度的一种高效实用的方法。     

针对搜索服务的操作系统伸缩性研究

分析当前成熟操作系统,找出其在多核环境下的性能瓶颈并进行改进,已经成为了现代操作系统研究的重点之一.通过搜索服务压力测试实验发现,运行Nginx反向代理的64核Linux服务器的伸缩性不佳,启用64核时的吞吐量仅是1核时的3倍.瓶颈在于服务器上所有网卡中断和软中断处理都集中在一个CPU核上.结合网卡的Flow Direction机制和Linux内核中断的亲和性配置,实现了网卡中断负载均衡的方法,系统吞吐量提升33％.多核环境下网卡中断负载均衡无法保证TCP连接的亲和性.通过修改Linux内核代码,解决了TCP连接的非亲和性问题,系统吞吐量在之前的提升基础上,又提升9％.     

多核多线程在实时系统中的研究及应用

针对数据采集系统对实时性要求高的特点,充分发挥多核处理器的优点,利用处理器关联操作修改计算机中所有进程的处理器关联,让实时性要求高的线程独占一个处理器做到“专核专用”。测试证明运用该方法后性能得到了提升,并且不受其他进程和处理器运行状况的影响,最终将该方法运用到一个数据采集系统中,取得了良好的效果。     

多核技术在动态模式识别算法中的应用

利用LabVIEW多核编程环境,采用曙光16核服务器作为硬件平台,实现了动态模式识别下的多模式快速识别。同时,以压气机Mansoux模型为应用背景,设计压气机旋转失速识别快速检测系统,该系统解决了基于确定学习理论的多模式识别算法中涉及的大量计算问题,实验结果和性能分析进一步验证了该检测系统的快速性和可行性。     

Pinned OS/Services: A Case Study of XML Parsing on Intel SCC

Nowadays,we are heading towards integrating hundreds to thousands of cores on a single chip.However,traditional system software and middleware are not well suited to manage and provide services at such large scale.To improve the scalability and adaptability of operating system and middleware services on future many-core platform,we propose the pinned OS/services.By porting each OS and runtime system(middleware) service to a separate core(special hardware acceleration),we expect to achieve maximal performance gain and energy efficiency in many-core environments.As a case study,we target on XML(Extensible Markup Language),the commonly used data transfer/store standard in the world.We have successfully implemented and evaluated the design of porting XML parsing service onto Intel 48-core Single-Chip Cloud Computer(SCC) platform.The results show that it can provide considerable energy saving.However,we also identified heavy performance penalties introduced from memory side,making the parsing service bloated.Hence,as a further step,we propose the memory-side hardware accelerator for XML parsing.With specified hardware design,we can further enhance the performance gain and energy efficiency,where the performance can be improved by 20% with 12.27% energy reduction.     

龙芯3号处理器多核虚拟化技术

MIPS 处理器是精简指令集（RISC）处理器中的一个重要代表,通常应用于嵌入式系统中.近年来,随着MIPS处理器性能的大幅度提升,其应用渐渐扩展到了高性能服务器领域.龙芯3号处理器是MIPS架构的典型代表.在目前的服务器研究领域中,多核技术是一项重要的技术指标,而虚拟化技术是另一项重要的技术指标.当前,虽然虚拟化技术得到了快速发展,但是龙芯3号处理器上的虚拟化技术却鲜有成果.基于龙芯3号处理器的多核虚拟化技术面临许多问题,虚拟多核架构结构复杂、核间通信方式难以模拟等都会为龙芯3号处理器上的多核虚拟化带来困难.分析了多核龙芯3号处理器的硬件结构以及物理多核的核间中断通信方式,在此基础上介绍了龙芯3号处理器上多核虚拟化关键技术.主要在多核处理器虚拟化总体架构设计、虚拟多核结构设计以及虚拟多核的核间通信方式等方面进行了讨论.实验的结果表明,在龙芯3号处理器上,该多核虚拟化方法具有良好的效果.     

异构多核上多级并行模型支持及性能优化

低功耗及廉价性使得异构多核在超级计算机计算资源中占有重要比例.然而,异构多核具有高带宽及松耦合一致性等特点,获得理想的存储及计算性能需要更多地考虑底层硬件细节.实现了一种针对典型的异构多核Cell BE 处理器的多级并行模型CellMLP,通过C 语言扩展编译指导语句,实现了对数据并行、任务并行以及流水并行编程模型的支持,提高了并行程序生产率.运行支持优化方面,数据并行采用SPE 并行数据传输、双缓冲等优化手段来提高数据传输带宽;任务并行使用一种新式混合任务队列以支持异步任务窃取,降低SPE 线程间竞争,提高了任务并行的可扩展性;流水并行首次使用阻塞信号传输机制实现SPE 线程间的低开销同步操作.实验对Stream,NASBenchmark 及BOTS 等应用进行了测试,结果表明,CellMLP 可对多种典型并行应用进行高效支持.与目前同类编程模型SARC 及CellSs 进行性能对比,其结果表明,CellMLP 实际数据传输带宽以及非规则应用的支持方面具有明显优势.     

一种数据结构制导的线程划分方法与执行模型

在对程序进行并行化时,为了保证结果的正确性,并行编译器只能采取一种保守的策略,也就是,如果它不能确定两段代码在并行执行时是否会发生冲突,它就不允许这两段代码并行执行.虽然这种做法保证了正确性,但同时也限制了对并行性的开发.在这种背景下,许多推测多线程方法被提了出来,这些方法通过允许可能冲突的代码段并行执行来把握更多的并行机会,同时,通过从冲突中恢复来保证结果的正确性.然而,传统推测多线程方法所使用的“沿控制流将串行程序划分为多个线程”的做法并不适合不同数据结构上的操作在控制流中相互交错的情况,因为如果沿控制流将程序线性地划分为多个线程,则同一个数据结构上的操作将被分到不同的线程中,从而非常容易发生冲突.为了有效地对这些程序进行并行化,提出了一种基于数据结构的线程划分方法与执行模型.在这种方法中,程序中的对象被划分成多个组,同一组中对象上的操作被分派到同一个线程中去执行,从而降低了在同一个数据结构上发生冲突的可能性.     

基于TBB的二维DCT并行化设计

线程构造块(TBB)能简化并行化设计,支持高效地实现多核并行功能.给出面向多核计算的二维DCT的并行化方法,并利用TBB平台实现;针对高耗时的余弦计算,利用查表和分块计算措施进行优化,并探讨粒度设置方法.在多核环境中的实验结果表明,优化后的并行化方法能有效改善执行性能,获得较好的加速比,且具备可扩展性.     

多核平台上程序在线评测辅助教学系统

选用LAMP作为开发环境,进行了程序设计在线评测辅助教学系统的设计与开发。着重论述了基于多核平台上的多线程或多进程在线评测系统的设计与实现,与单核系统相比,解决了单线程或单进程评测效率低的问题。经过与单核串行评测系统比较得出,多核系统评测速度显著提高,评测结果和串行评测所得一致,准确率高。