二维宏观拟颗粒并行模拟程序通信性能优化策略

随着粒子模拟并行计算在相关领域应用的不断深入和并行节点计算能力的不断增强,粒子模拟并行程序中通信耗时对整体性能的影响越来越显著,甚至成为主要性能瓶颈.本文在分析影响并行程序通信性能多种因素的基础上,从进程划分方式选择、通信协议优化的角度,对1个典型粒子模拟并行程序——二维宏观拟颗粒并行模拟程序在千兆以太网环境下的通信性能的优化策略进行了测试研究,通过改进并行进程划分方式,采用用户级通信协议等方法,使测试程序通信性能获得明显提高,进而提出了粒子模拟并行程序通信性能优化的思路和建议.     

用户级通信协议BCL-3对IP协议支持的研究

为了充分利用高性能网络，研究人员开发了多种用户级通信协议．这些用户级通信协议可以获得底层硬件提供的高带宽、低延迟．然而由于它们提供完全不同的应用程序接口，用户级通信协议往往只能支持科学计算，而不能支持传统的基于Socket接口、采用核心级通信协议的网络应用程序．通过增加一个IP协议支持模块，BCL-3用户级通信协议在支持科学计算的同时，可以有效地支持现有的基于TCP／IP协议的网络应用程序．而且在分析TCP／IP协议软件开销的基础上，IP协议支持模块有针对性地采用了一些优化技术，使运行在BCL-3上的TCP／IP协议可以取得很高的网络性能．改进的BCL-3已经运行在曙光3000L超级服务器上．在曙光3000L上，运行于BCL-3之上的TCP／IP协议取得了最大带宽938Mbps，最小单向延迟48．1μs的性能．     

基于SMP结点的多重通信协议研究与实现

针对设计CLUMPS上的机群通信协议方面的问题进行了深入的研究,给出了一个基于SMP结点的机群系统的多重通信协议结构及其协议模型、协议通信策略实现。最后对节点内部多重协议通信和传统的TCP／IP协议通信进行了比较,并给出了实验数据。多重通信协议系统能够充分地利用SMP结点的特性,对于不同互连结构的计算单元间采用不同的通信模式,从而有效地提高系统通信硬件的利用率,提高系统的总体性能。     

集群局域网内高性能通信协议的研究

集群已经成为了主流的并行计算平台,但集群计算系统的性能受限于互连通信的开销、延时和带宽。随着技术的不断改进,通信瓶颈从原来通信路径上的带宽转移到通信处理的软件开销。为了充分发挥硬件通信性能,作者提出、研究、设计和实现了局域网内高性能通信协议。该协议的突出特点是充分利用了集群局域网的高速高可靠特点,简化协议处理开销,达到通信的高效性;提出了数据合并的思想,能将大量的小消息合并成大消息传输,能充分提高传输性能。经测试,该协议的性能比传统TCP/IP协议有较大改进。     

基于交换式以太网的网络并行计算系统中通信性能的分析与测试

网络通信性能是影响网络并行计算的重要原因，而交换式网络的出现有助于改变这状况。本文定量地分析了基于交换式以太网的网络并行计算系统中的端到端通信和多目的发送两种通信方式的通信性能，并对一个典型的并行计算实例──并行距阵乘法进行了性能评测。通过与基于共享式以太网的网络并行计算系统中测试结果的对比，我们可以看出交换式以太网对改进网络并行计算性能的重要作用。     

基于交换以太网的网络并行计算系统中通信性能的分析与测试

网络通信性能是影响网络并行计算的重要原因，而交换式网络的出现有助于改变这状况，本定量地分析了基于交换式以太网的网络并行计算系统中的端到端通信和多目的发送两种通信方式的通信性能。并对一个典型的并行计算实例－－并行距阵乘法进行了性能评测。通过与基于共享式以太网的网络并行计算系统中测试结果的对比，我们可以看出交换式以太网对改进网络并行计算性能的重要作用。     

HPNI:一种新型的机群系统网络接口

文中介绍了一种新型的高性能网络接口（ＨＰＮＩ）的设计与实现,ＨＰＮＩ网络接口通过一个表直接出硬件对通信缓冲区进行维护,可以直接将消息数据从应用空间输入／输出到网络,从而支持真正意义上的０考贝通信协议,通过提供用户层网络访问接口,重叠通信与计算等手段,该接口取得了很高的通信性能,其中测量的应用程序之间１６字节消息的传递延迟不到３μｓ,最大持续通信带宽可达４０ＭＢ／ｓ。     

动态二进制翻译中数据预取优化研究*

动态优化是动态二进制翻译研究中一个十分重要的课题,数据预取优化能提高现代处理器体系结构应用程序性能。基于超级块(Superblock)的动态数据预取优化采用软件插桩方式收集应用程序的load访存延迟信息并构造Superblock;然后根据延迟信息以及Superblock数据流分析得出的寄存器定值引用关系,对延迟load指令进行预取优化。通过在龙芯DigitalBridge动态二进制翻译系统上实验验证,数据预取优化可以提高翻译后SPEC2000浮点测试程序代码的平均性能3.3%,开销远小于0.5%。     

一种减少弦振荡问题并行通信开销的方案

在并行计算的消息传递编程中，由于处理器间的通信将花费大量的时间，因此减少通信开销变得非常关键。基于这一点，注意到网络传输中存在大量小消息的特点，文章采用数据合并的思想，提出了一种减少弦振荡问题并行程序设计通信开销的方案，推导出一个使用性能达到最佳的公式，并对其进行了实验，得出的实验结果表明这种方案能够有效地减少并行计算中的通信开销．而且这种方案也能应用于一些其它的并行计算问题中。     

NCSE:一个支持网络并行计算的图形化开发工具

本文介绍了一个基于X-Window的支持网络并行计算的图形化开发工具NCSE(NetworkComputing Software Environment),它为用户创建、编译、执行以及调试并行程序提供了一个简单而方便的图形接口.在NCSE中,用户只需给出程序关系图,而不必了解任何并行程序设计原语,即可实现并行计算.NCSE还采用了负载平衡策略和进程迁移机制.负载平衡策略使得并行任务可以有选择地在处理机之间合理分配,从而使并行计算性能最佳;进程迁移机制使得正在运行中的进程在CPU争用时被迁移出去,从而保证负载平衡.NCSE支持FORTRAN及C语言程序在UNIX工作站网络上的并行执行.     

组态王单片机与动态数据交换

动态数据交换(DDE)是WINDOWS平台上的一个完整的通信协议，通过DDE使应用程序之间彼此能交换数据和发送指令，提问者称为clierlt，回答方称为server。本文主要介绍组态王与单片机之间借助VB使用DDE方式通信的方法，即用VB应用程序和组态王6．02中的任一个做server，另一个做clierlt，现场的传感器把数据送入单片机，经微机串行口由VB的通迅控件MSCOMM完成采集，再送入到VB应用程序，然后由VB和组态王6．02之间进行DDE通信。     

自动并行化与数据自动迁移

本文面向计算流体力学（CFD）提出了数据自动迁移的并行计算模型（ADM模型）,符合该模型的并行CFD程序能够根据计算节点的计算能力及负载轻重,自动将数据迁移至计算能力强,负载轻的计算节点,从而使得并行程序能够在网络计算平台上取得较好的并行效率,本文还讨论了自动并行化系统对ADM模型的支持方法,最后给出了性能测试结果。     

多Transputer网络拓扑可重构系统的设计与实现

本文论述多Transputer网络拓扑可重构系统的设计与实现．提出了多Transputer网络拓扑可重构的技术途径、基本配置和重构软件的设计．着重论述重构软件中模块设置，通信协议，重构互连配置命令的格式，网络信息通信及有关重构命令各进程的CSP形式化描述．该重构软件能根据用户需求，快速重构所需的拓扑，并且直接支持Transputer上配置的各种语言编制的并行计算应用程序．最后给出一个实例．     

具有迁移能力的基于Agent分布仿真中的通信系统

对基于Agent系统的分布仿真是仿真领域的重要研究和应用方向，而分布仿真中的通信系统是其中的基础部分．提出并实现了一种支持基于Agent系统分布仿真的通信系统．该系统除了提供基本的仿真通信支持外，还能够有效地支持仿真中Agent的迁移，具有对应用系统透明、通信效率高等优点．首先给出了通信系统的结构及其基本思想，对局部服务Agent和通信过程进行了详细的描述；从应用系统级和分布仿真级两个层次，给出了结构化的通信协议；在此基础之上，给出了完整的Agent迁移支持方案，包括迁移过程、迁移过程中的消息处理和迁移后的通信；最后对通信系统的性能进行了测试．     

用户级通信在软件分布式共享存储系统中的应用与分析

通过信能不高是影响软件分布式共享存储系统性能的主要因素之一,用户级通信技术能够充分发挥高速网络的硬件性能,减少数据拷贝次数,降低软件件开发销,明显改善了带宽和延迟,为软件分布式共享存储系统性能的提高开避了新的途径,设计并实现了一个面向软件分布式存储系统的用户级通信库,它不仅改善了系统的通禽性能,同时也使得系统的并行计算性能得到改善,从而十分显著地提高了软件分布式共享存储系统的整体性能。     

基于智能网卡支持的并行通信协议

网络通信系统是机群的一个重要组成部分,也是影响机群整机处理效率的关键因素．随着单个结点计算能力的增强,网络通信能力也需要相应地提高．一种提高网络通信能力的方法是引入多个网卡同时进行消息发送,即并行通信．通常,并行通信是基于RMA机制实现的,对于小于17KB的消息,由于RMA机制的握手过程使得并行通信性能的提高很有限．提出了基于智能网卡支持的并行通信协议．该协议将消息重组所需的握手过程下移到网卡上实现,从而减少了握手开销,扩展了并行通信的范围．实验数据表明,与基于RMA机制的并行协议相比,该协议提高了3KB-17KB消息段的通信性能;对应用程序,如FT程序,该协议将其执行时间减少了9．4％,而基于RMA机制的并行协议只减少了7．8％．最后分析了限制并行通信性能提高的主要因素．     

Virtual Interface Architecture 分析

Virtual Interface(VI)Architecture是一种受保护的用户级通信机制，它能够提供高的传送带宽，显著降低消息延迟．VI Architecture(VIA)通过消除数据传输过程中用户态和核心态之间上下文切换、将应用程序空间直接作为网络数据缓存来降低通信开销．本文对VIA的发展作了回顾，给出了VI的实现方法．将VIA和传统网络体系结构的特性进行了比较，讨论了VI实现的若干问题．最后讨论了与VIA相关的技术的发展情况．     

网络并行超级计算系统THNPSC—1

网络并行计算（也称集群式计算）是实现高性能计算的重要方式,该文介绍了一个清华大学研制的网络并行超级计算系统THNPSC－1,它是由Pentium Ⅲ SMP计算结点组成;网络互联采用两种高速网：一种是自制的具有动态仲裁与路由寻经的交叉开关网络THNet,另一种是100Mpbs的Ethernet.THNet中的交叉开关THSwitch是用15万门的ALTERA FPGA芯片构成,THNet还包括具有DMA引擎的网络适配器THNIA.THNet每一端口可以提供数据传输率为1．056Gbps,其聚合频宽可达8．4Gbps;采用固定用户缓冲和扩展的主动消息传递等法,THNet执行用户层的消息传递,旁路操作系统的系统调用,做到零拷贝的消息传递,乒乓测试结果表明：单向消息传递延迟可减少到8μs。THNetl软件包括THNIA驱动程序和支持用户层通信的函数库。此文对相关工作进行了简要对比,并说明了该系统的应用情况。     

应用传输协议XTP对集群内部通信性能的改善

文中提出采用高效、灵活的XTP传输协议改进集群系统的内部通信性能。针对集群应用的通信特点，从理论上论述了XTP有效改善集群内部通信性能的协议机制。通过试验，在集群环境下实现用户层XTP，比较了XTP与传统通信协议的网络性能，并选取典型集群应用，比较了在XTP和传统通信协议下集群内部通信性能。实测数据表明，采用XTP在一定程度上改善了集群系统通信性能。     

工作站网络上协作任务的调度

在利用工作站群集系统进行的协作模式并行计算中，任务调度在很大程度上决定并行计算的性能．本文给出了一个任务调度的模型和算法，它考虑了协作模式并行计算中任务间的同步时间、通信时间、数据加载及结果收集时间．根据这个调度模型，可以选择一组并行执行时间最短的工作站，从而获得较好的并行计算性能．