事务存储并行程序编程接口研究

事务存储并行程序编程接口按照实现方式和实现层次的不同,分为三种形式:库函数接口、语言扩展和编译器指导命令。本文以RSTM、英特尔C/C++软件事务存储编译器原型和OpenTM为例,讨论了三种事务存储编程接口的特点,对OpenTM编程接口进行了扩展和完善,并对未来编程接口的发展进行了展望。     

面向OpenMP和OpenTM应用的并行数据重用理论

将经典的数据重用理论扩充到并行领域,分别提出了面向OpenMP和OpenTM应用的并行数据重用理论.针对重用在线程、事务中的关系,系统地讨论了并行应用中重用的分类、判定和求解方法.同时,应用这一理论研究了OpenTM循环的优化技术,以降低事务被回退的风险.最后,使用并行数据重用理论分析和统计了SPEComp2001中的数据重用.并行数据重用理论可以用于指导面向多核存储共享结构的并行程序分析和编译优化技术研究.     

一种CMP结构上的事务存储编程模型设计

多核结构上采用由用户显式制导的并行程序设计模型,使用锁和同步变量来实现同步.事务存储模型能够解决由锁机制带来的一系列问题,提高程序的并发性.介绍了在文中提出的一种基于事务存储模型的多核结构(Transactional-Memory based Chip Multiple-Superscaler,TMCMS)上的并行编程模型,以及针对循环程序的执行模型;以FFT程序为例具体介绍了循环结构的并行化方法和编译转换过程.在初步的实验中,将处理单元从1增加到16个时,在所设计的编程模型的支持下,IPC(Instruction Per Cycle)有接近线性的增长,说明该并行编程模型能够充分发掘程序中潜在的细粒度线程级并行性,同时保持并行程序设计的简单性.     

事务存储系统

多核处理器性能的发挥依靠程序的并行,共享存储并行编程模型为大多数多核处理器所采用,而有效同步多个线程对共享变量的访问是其关键、也是难题.借鉴数据库中事务的思想,人们提出事务存储(transactional memory),旨在提供一种编程简单,对程序正确性推理容易的同步手段.简介了事务存储的起源,诠释了事务存储系统的概念.论述了事务存储的编程接口和执行模型.讨论了事务存储系统所涉及的主要内容,对各种方法和策略进行了比较.对事务存储中有待解决的问题进行了探讨.最后介绍了几个开源的事务存储研究平台.     

基于事务存储技术的地震前兆设备模拟系统

并行程序设计技术可有效发挥多核处理器的计算能力,提高程序的并发性能;传统的基于锁、信号量等同步机制的并行程序设计容易出现死锁、优先级导致等错误;事务存储技术是一种新型的并行编程模式,可有效地降低面向共享内存模型下并行程序开发的难度;虽然研究人员提出了众多事务存储实现技术,但实际应用案例较少;文章将事务存储技术应用至地震前兆设备模拟系统中,并详细介绍了基于DSTM2和DeuceSTM的并行方案实现技术,通过大量的实验对比了不同并行方案的性能并详细剖析了其原因;实验结果显示,虽然基于事务存储技术的地震前兆设备模拟系统性能和粗粒度锁的并行方案相当,略低于细粒度锁的并行方案,但是基于事务存储技术的并行程序设计方法具有简单、易用的优点,还是可以考虑应用在某些具体应用中。     

硬件事务存储系统研究综述

随着多核处理器的发展,硬件平台已经提供了充裕的并行能力,这对软件并行编程提出了更高的要求.传统的基于锁机制的并行编程模型存在着诸多难题.借鉴数据库中事务的思想,人们提出事务存储,旨在提供一种可编程性良好的同步手段.硬件事务存储快速有效的优势使之成为研究的热点.阐述了事务存储的基本概念、执行模型和编程接口.介绍了硬件事务存储系统的三大核心内容,对比了两种典型的硬件事务存储系统.分析讨论了目前硬件事务存储系统研究的热点和难点问题.最后介绍了硬件事务存储研究的平台和测试程序.     

基于OpenMP的事务存储同步语义研究

多核处理器环境下必须解决多核处理器的并行编程问题,才能够充分发挥多核处理器的性能.事务存储(Transactional Memory)机制提供了一种在多核环境下程序并行执行和同步的方法.已有的工作已将事务存储扩展到了OpenMP,为程序员提供满足事务原子性、一致性和隔离性的共享存储访问.但当前事务存储的语义并不完善,事务间不能交换中间结果,不能实现锁的部分语义.提出并实现了一种基于开放嵌套的事务存储的同步语义,从而解决了事务间不能交换中间结果的问题,增强了扩展事务存储后OpenMP的并行编程能力.     

面向多核的基于RSTM系统的冲突管理策略

程序并行化是充分发挥多核处理器性能的有效手段。现有编程模型受锁、管道等同步方式的约束,并行度很难提高。针对上述问题,提出一种面向多核的基于Rochester软件事务存储(RSTM)系统的冲突管理策略,在现有编程语言中提供接口,通过事务方式提高程序并行度,以优先级方式解决2个事务发生冲突时的裁决问题,减少不必要的一致性验证,减小系统开销。     

船舶机舱监控系统触摸屏接口程序的设计

介绍了触摸屏接口程序的设计.分析了触摸屏输出数据格式和接口程序设计思想,详细讨论了串行通信中断服务程序、触摸屏数据处理函数以及应用接口函数的设计过程.设计的程序在机舱监控系统中获得成功应用,对类似系统触摸屏接口程序设计具有较好的参考意义.     

基于MPI的背包问题并行程序设计与实现

MPI（Message Passing Interface）是消息传递并行程序设计的标准之一,概述了MPI的概念和组成,着重介绍了支持并行程序设计的消息传递接口（MPI）以及在MPI环境下的并行程序设计方法,并给出一个MPI并行程序设计实例,说明了MPI的程序设计流程和普通串行程序设计之间的关联。     

Runtime vs. Manual Data Distribution for Architecture-Agnostic Shared-Memory Programming Models

This paper compares data distribution methodologies for scaling the performance of OpenMP on NUMA architectures. We investigate the performance of automatic page placement algorithms implemented in the operating system, runtime algorithms based on dynamic page migration, runtime algorithms based on loop scheduling transformations and manual data distribution. These techniques present the programmer with trade-offs between performance and programming effort. Automatic page placement algorithms are transparent to the programmer, but may compromise memory access locality. Dynamic page migration algorithms are also transparent, but require careful engineering and tuned implementations to be effective. Manual data distribution requires substantial programming effort and architecture-specific extensions to the API, but may localize memory accesses in a nearly optimal manner. Loop scheduling transformations may or may not require intervention from the programmer, but conform better to an architecture-agnostic programming paradigm like OpenMP. We identify the conditions under which runtime data distribution algorithms can optimize memory access locality in OpenMP. We also present two novel runtime data distribution techniques, one based on memory access traces and another based on affinity scheduling of parallel loops. These techniques can be used to effectively replace manual data distribution in regular applications. The results provide a proof of concept that it is possible to scale a portable shared-memory programming model up to more than 100 processors, without modifying the API and without exposing architectural details to the programmer.     

适合机群OpenMP系统的制导扩展

OpenMP以其易用性和支持增量并行的特点成为共享存储体系结构的编程标准．机群OpenMP系统在机群上实现了OpenMP计算环境,它将OpenMP的易编程性和机群的可扩展性结合起来,是很有意义的．OpenMP的编程方式主要有循环级和SPMD两种,其中循环级方式易于编程而SPMD方式难于编程．然而在机群OpenMP系统中获得高性能OpenMP程序,必需采用SPMD方式．该文描述了适合机群OpenMP系统的一个简单的OpenMP制导扩展子集(包括数据分布制导、循环调度模式),并在机群OpenMP系统OpenMP／JIAJIA上进行了实现．应用测试表明,利用这些制导扩展进行编程,既保持循环级方式的易编程性又获得与SPMD方式相当的性能,是有效的编程方式．     

基于OpenMP/Fortran的源到源转换事务存储编程环境

首次在Fortran语言中引入事务存储,对OpenMP Fortran API进行了扩展,以源到源转换的方式实现了FortranTM编译器原型。针对软件事务存储实现的特点,扩展了EXCLUDED和SCHEDULE指导命令子句,以便为程序员提供性能调整优化APIo测试结果表明FortranTM API编程便利,具有良好的性能。     

机群OpenMP系统的设计与实现

OpenMP以其易用性和支持增量并行的特点成为共享存储体系结构的编程标准．目前机群系统已成为高性能计算的主流平台,研究机群OpenMP系统对推进并行应用的开发和普及非常有意义．该文作者以软件DSM系统JIAJIA作为OpenMP的运行时系统,结合一个前端编译器OMP2JIA,在机群系统上实现了OpenMP／JIAJIA计算环境,同时在提高性能方面根据机群系统特点扩展了OpenMP制导,优化了后端运行时库。通过11个OpenMP应用,作者比较了该计算环境和一个支持OpenMP的硬件cc-NUMA系统(SGI 2100)的性能．结果表明,作者的机群OpenMP系统的7机平均加速比为4．62;SGI 2100系统为4．55,二者性能相当．     

OpenMP compiler for distributed memory architectures

OpenMP is an emerging industry standard for shared memory architectures. While OpenMP has advantages on its ease of use and incremental programming, message passing is today still the most widely-used programming model for distributed memory architectures. How to effectively extend OpenMP to distributed memory architectures has been a hot spot. This paper proposes an OpenMP system, called KLCoMP, for distributed memory architectures. Based on the partially replicating shared arrays memory model, we propose ...     

多核微机基于OpenMP的并行计算

随着四核微机走向市场和八十核处理器在实验室研制成功,多核正引领软件研发发生基础性变化。开发人员需要在代码中添加线程来利用系统所提供的多个内核,从而提升PC应用软件的功能和性能。文中探讨在多核微机上进行并行计算的实现技术。介绍了共享存储系统并行编程接口OpenMP的模型、指令和库函数,以及Intel C 编译器9.1和Microsoft Visual Studio 2005等对OpenMP的支持;着重探讨了二维离散快速傅里叶变换并行算法的设计、实现与优化技术;展望了高性能并行计算软构件库的开发前景。     

面向嵌入式多核的OpenMP扩展方法

为多核平台开发一种有效的编程方法已经成为并行软件研究的一个重要目标.在嵌入式多核平台上进行了OpenMP并行程序的有效的实施运行.针对嵌入式具有有限内存资源的特点,提出了通过扩展OpenMP自定义制导语句tiling来提高并行程序在嵌入式多核平台上的运行效率.扩展后的OpenMP并行程序支持循环分片,从而能够充分利用层...