GRAPES区域模式的输入输出分析和优化

新一代全球/区域多尺度统一的同化与数值预报系统Global/Regional Assimilation and PreEdiction System(GRAPES)是中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)自主研发的数值天气预报软件.随着对模式分辨率和预测时效性要求的提高,GRAPES的输入输出(I/O)性能成为了一个重要的瓶颈.分析了GRAPES区域模式的I/O行为,提出并设计实现了一个高性能I/O框架.该框架采用二进制编码以及多I/O通道技术实现了灵活可配置的输出方式.同时,通过非堵塞通信的方式实现了异步I/O,隐藏了I/O与通信的开销.工作在曙光"派"超级计算机上进行了测试,结果显示该框架不仅可以提高I/O性能达到10倍以上,也可以减少性能抖动带来的性能不确定性问题.     

基于Linux的SMP机群环境中并行I/O模型研究

提出了一个基于数据通路的波浪推进式并行I/O模型框架,并在基于Linux的SMP机群系统中,根据波浪推进式并行I/O模型框架对各个数据通路进行建模,具体分析了这个波浪推进式并行I/O模型,从思路上解决了刻画并行I/O性能的并行I/O模型问题。     

通用型DRM系统的研究与实现

针对目前DRM系统只对特定类型的文件进行保护的问题,提出了与文件类型无关的通用的DRM系统框架.该框架采用过滤器驱动技术,在操作系统内核文件系统驱动层与I/O管理器问插入一个中层驱动程序--过滤器驱动程序,用来截获I/O请求,并在内核中对文件进行加/解密,解密后的文件由对应的播放器或阅读器来显示.系统框架在设计实现中表明了它的可行性.     

并行科学计算应用中采样数据的聚集I/O

采样数据的并行I/O制约一些并行应用的运行效率。设计、实现了采样数据的聚集并行I/O方法。该方法在客户端部署采样数据缓存,然后合并数据到输出进程,再存储到文件。为了保障并行程序长时间运行过程中采样数据的存储一致性,该方法在JASMIN框架中监测应用程序的运行状态,当并行程序发生负载平衡或者重启动时刷新或者恢复数据。I/O过程中,进一步使用HDF5的分块I/O提高列存储数据的读写效率。测试表明,新方法不仅具有较好的可扩展性,还能在具有负载平衡与重启动等复杂功能的并行应用中提高采样数据的并行 I/O 效率7.5倍以上。     

一种独立式I/O虚拟化方法研究

当前虚拟化系统中的设备仿真过程与I/O指令串行执行,无法发挥真实体系结构中直接存储器访问、异步I/O等加速I/O访问技术的性能优势,致使虚拟平台I/O性能与真实I/O性能存在一定差距。针对该问题,提出一种独立式I/O虚拟化方法,通过将I/O仿真活动(如磁盘读写)分离成一个独立的进程,虚拟机监控器(VMM)只保留相应的接口,达到将VMM与I/O设备分离实现仿真与指令并行化执行的目的,并基于QEMU平台实现该方法。实验结果表明,采用该方法后的QEMU I/O读写性能优于原有I/O子系统。由于I/O指令不必再等待I/O仿真的结束,因此在提高CPU指令执行速度的同时,能够有效提高4.9%的磁盘读取速度及9.2%的VGA测试基准软件Viewpref得分。     

FILiC:一种CUDA上的交互型库函数框架

CUDA是NVIDIA公司推出的GPU编程模型,它为高效利用GPU计算能力提供了强大的支持。但CUDA线程无法直接访问I/O设备、网卡等外围设备,在CUDA线程与外围设备的交互功能方面,目前CUDA的支持十分有限,仅支持非实时的屏幕打印(printf)。因此提出了一种交互型库函数框架FILiC,它通过设备和主机之间的巧妙交互,高效实现了CUDA线程实时的较完整I/O等函数;并且该框架具有很好的可扩展性,CUDA程序员或者编译器开发者可基于该框架按需求开发新的CUDA线程交互功能。     

地理栅格数据的并行访问方法研究

在海量地理栅格数据处理中,数据I/O性能是影响处理算法程序整体性能的关键。目前针对地理栅格数据 I/O优化问题的研究成果还很有限,通过对并行程序中的数据I/O模式进行深入分析,结合栅格数据逻辑模型和物理 模型的特点,提出了面向地理栅格数据的并行I/O框架;基于消息传递模型,实现了4种并行访问方法。实验证明,并 行访问方法优于传统的串行访问方法和分时多进程访问方法。该研究成果可以提高并行栅格处理程序的I/()访问效 率,进而提高其整体并行性能。     

一种基于虚拟机的高效磁盘I/O特征分析方法

于磁盘系统的机械运动本质,磁盘系统I/O往往会成为计算机系统的性能瓶颈.为了有效地提高系统性能,收集和分析应用系统的磁盘I/O特征信息将成为性能优化工作的重要基础.与以往I/O特征分析方法不同,给出了一种基于Xen 3.0虚拟机系统的磁盘I/O特征在线分析方法.在虚拟机环境下,该磁盘I/O特征采集方法可以透明地应用于任意无须修改的操作系统.该方法可以高效地在线采集多种基本I/O特征数据,其中包括:磁盘I/O块大小、I/O延迟、I/O时间间隔、I/O空间局部性、时间局部性以及磁盘I/O操作热点分布.通过测试和分析,该在线I/O分析方法有着较小的系统开销,并且对应用系统I/O性能的影响很小.此外,还给出了在大文件拷贝、基于Filebench的filemirco和varmail等工作负载下的I/O特征分析结果.     

80386微处理机原理及应用(六)

六、输入输出本章从下列三方面说明80386微处理机的I/O特性: I/O端口寻址方法。 I/O端口操作指令。使用I/O指令和I/O端口地址时的保护。 (一)I/O寻址80386允许以下列两种方法执行输入输出: 借助于独立的I/O地址空间,使用特殊的I/O指令, 借助于存储器映象I/O,使用通用目的操作数操作指令。 1.I/O地址空间 80386提供与物理存储器不同的独立I/O地址空间,可用此空间寻址用于外部设备的输入输出端口。该I/O地址空间由64k可寻址8位端     

协作型虚拟机中设备虚拟化研究

针对当前系统虚拟化中设备模型难以通用、I/O执行效率低等问题,提出一种基于多核平台的设备虚拟化方案。将传统的消息式I/O处理转换成实时I/O处理,通过I/O传递协议消除I/O处理部件与虚拟机监控器(VMM)的紧耦合,在改善I/O处理效率的同时,提高设备虚拟化模型的通用性,结合协作型VMM完成对设备虚拟化的设计与实现。测试结果表明,该方案能提升I/O执行效率,适用于多种虚拟化系统。     

并行数据库系统中并行I／O的研究与实现

并行Ｉ／Ｏ是基于无共享结构的并行数据库系统提高性能的有效途径之一。它通过并行磁盘服务和网络传输并行化提供了高带宽Ｉ／Ｏ。文章设计实现了基于无共享结构的并行数据库系统的并行Ｉ／Ｏ,探讨了设计并行Ｉ／Ｏ时的几个关键问题及实现技术。     

HARTS: a distributed real-time architecture

The design, implementation, and evaluation of a distributed real-time architecture called HARTS (hexagonal architecture for real-time systems) are discussed, emphasizing its support of time-constrained, fault-tolerant communications and I/O (input/output) requirements. HARTS consists of shared-memory multiprocessor nodes, interconnected by a wrapped hexagonal mesh. This architecture is intended to meet three main requirements of real-time computing: high performance, high reliability, and extensive I/O. The high-level and low-level architecture is described. The evaluation of HARTS, using modeling and simulation with actual parameters derived from its implementation, is reported. Fault-tolerant routing, clock synchronization and the I/O architecture are examined     

I/O受限的并行加速比模型与可扩展I/O体系结构

为了缓解I/O瓶颈问题,可以从应用程序、可扩展算法、编译器和语言、运行时库、操作系统和体系结构六方面展开研究。其中,I/O体系结构是所有技术途径的关键支撑。当前并行I/O性能分析缺乏科学的理论模型为I/O体系结构设计提供理论依据。本文针对并行计算机系统的可扩展性问题,研究了I/O负载对并行计算机系统可扩展性的影响,建立了I/O受限的并行加速比性能模型,对目前大规模并行计算机系统中三种常用I/O体系结构的可扩展性进行了分析;以此为理论依据,提出了一种面向高性能计算的可扩展并行I/O系统结构。同时,还提出了几种有效降低I/O操作服务时间的策略,从而达到增强系统可扩展性的目的,为后续研究奠定了基础。     

一种适用于服务器的具有高可靠性可扩展性高性能的新一代I/O体系结构

文章首先指出了当前I/O系统总线存在的各种问题,然后介绍了新一代I/O系统结构,并对其结构特性及功能进行了简单的描述,分析了可靠性、可扩展性及高性能等特点。     

云数据中心 I/O 资源池化

近年来,云计算的发展为数据中心带来了新的应用场景和需求.其中,虚拟化作为云服务的重要使能技术,对数据中心服务器I/O系统的性能、扩展性和设备种类多样性提出了更高的要求,沿用传统设备与服务器紧耦合的I/O架构将会导致资源冗余,数据中心服务器密度降低,布线复杂度增加等诸多问题.因此,文章围绕I/O资源池化架构的实现机制和方法展开研究,目标是解除设备与服务器之间的绑定关系,实现接入服务器对I/O资源的按需弹性化使用,从根本上解决云计算数据中心的I/O系统问题.同时,还提出了一种基于单根I/O虚拟化协议实现多根I/O资源池化的架构,该架构通过硬件的外设部件高速互连接口多根域间地址和标识符映射机制,实现了多个物理服务器对同一I/O设备的共享复用;通过虚拟I/O设备热插拔技术和多根共享管理机制,实现了虚拟I/O资源在服务器间的实时动态分配;采用现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array)构建了该架构的原型系统.结果表明,该架构能够为各个共享服务器提供良好的I/O操作性能.     

通用分布式仿真I/O体系结构设计及其应用

分析了几种典型仿真I/O体系结构的优缺点,设计并实现了一种软硬件可伸缩的分布式 仿真二级I/O体系结构,该结构不仅直接支持了共享的时分多路通道存取型数字设备(如7段数码管 显示器),将硬联逻辑复杂度从O(n)降低到O(logn)的水平,而且具有实时性、可伸缩性、容错性、可 维护性和通用性等良好特征,较好地满足了半实物仿真系统的需要。     

I/O互联技术及体系结构的研究与发展

I／O互联技术及体系结陶正在发生重大变革,相继涌现了一系列新兴高性能I／O互联技术,包括PCIExpress、RapidIO、HyperTransport以及InfiniBand。该文对它们分别予以研究介绍,针对各自的体系结构、技术特性和应用领域,分别提出了一种合理的系统结构方案。并对这几种I／O互联技术的主要技术特性进行了简要而全面的比较,分析了I／O互联技术及体系结构的现状与发展趋势。     

并行网络文件系统PNFS性能评测与分析

传统的网络文件系统难以满足高性能计算系统的I/O 需求,并行网络文件系统——PNFS可以有效地解决传统网络文件系统在可扩展性、可用性和性能上存在的问题。首先对PNFS的体系结构进行了设计,实现了元数据服务器与存储服务器的分离,消除了由于集中服务器结构引发的I/O瓶颈问题。然后,对PNFS的原型系统进行了性能测试,并与相同环境下NFS的测试结果进行比较与分析,结果表明PNFS能够为客户端提供并行访问文件数据的能力,有着较高的I/O读写带宽和较低的访问延迟,同时实现了客户端I/O带宽与存储服务器规模之间的线性可扩展关系,能较好地满足高性能计算中的I/O需求。     

RAID小数据随机访问性能分析与优化

RAID采用条纹结构,使多块磁盘可并行访问,提高了带宽,适合于大块数据顺序访问,而对小块数据随机访问影响不大。针对Stripe条纹大小对RAID的读写性能进行分析,探讨多用户小数据访问模式下的IOPS(IOs per second)问题,提出粗粒度条纹布局模型。仿真实验表明：该模型的性能优于现有布局方式,显著提高小块数据随机访问性能。     

A performance analysis of an object-based I/O architecture in a video server environment

In this paper, we present a performance analysis of how effective video server applications can be supported on personal computers (PCs) connected through a local area network (LAN). We considered both the standard 16-Mbit/s token ring and a 100-Mbit/s token ring, which follows closely the specifications for the Fiber Distributed Data Interface (FDDI). We examined three I/O architectures for a PC-based video server: an interrupt-driven I/O architecture, a peer-to-peer I/O architecture, and a concurrent, object-based I/O architecture that we proposed. The video server must support multiple MPEG-1 video streams at the same time to multiple clients on the LAN. We found that the network protocol layers require a lot of processing power, and that an implementation of our proposed I/O architecture, which takes advantage of the available power of the host processor to off-load I/O adapters, can deliver much better performance, and is more cost-effective, than other I/O architectures in a video server environment.