曙光1000A上消息传递与共享存储的比较

分布式共享存储虽然有易于编程的优点,但往往被认为效率不高、完全由软件实现的分布式共享存储系统（又称为虚拟共享存储系统）更是如此,文中以典型的消息传递系统ＰＶＭ与分布式共享存储系统ＪＩＡＪＩＡ粉列,报这两种并行程序设计环境的特点,并用７个应用程序在曙光１０００Ａ上分别比较了这两个系统的性能,实验３结果表明,ＪＩＡＪＩＡ的与ＰＶ玎当,但基于ＪＩＡＪＩＡ的并行程序设计却比ＰＶＮ简单得多。     

通信对机群并行计算性能的影响

分析了通信和计算重叠模型及LogGP模型，指出各通信参数对并行计算性能的影响，结合并行程序的特征介绍了在机群环境下改善并行计算性能经常采用的五种通信方式：采用高速网络、采用用户级通信协议、利用SMP通信、动态预取或迁移数据、消息合并发送，详尽测试了各种方式影响性能情况并分析了其特点和适用范围．采用高速网络是最常用的方法，性能提高明显，适用于各类应用程序．需要传送大量小消息的并行程序还应采用用户级通信协议．对于特定的一类应用程序，采用消息合并发送方式提高性能最多．采用动态预取或迁移数据和利用SMP通信时要慎重，这两种方法只在特定条件下有效．     

基于锁集合的动态数据竞争检测方法

数据竞争使得共享存储程序难于调试．以前大部分针对共享存储程序的动态数据竞争检测工作都是通过维护发生序来实现．这种方法有一个重要缺点，即针对程序的一种输入，对程序的一次执行进行检测，不能检测出所有的可行数据竞争．文中利用存储一致性模型的框架模型，针对域一致性模型提出了增强发生序概念，并依此得出一种基于锁集合的动态数据竞争检测算法，克服了这个问题．在软件DSM系统JIAJIA上的实现获得了很好的性能，应用平均减速比为3．14．利用该方法，在TSP程序中找到了大量的读写数据竞争的情况．     

可恢复的软件DSM系统JIACKPT

软件DSM(distributed shared memory)系统在机群上构造了共享存储编程环境,结合了共享存储的易编程性和机群的可扩展性,引起了广泛的研究.由于软件DSM系统是一个分布式系统,系统失败风险大,需要实现容错技术以促进其实用化.利用用户级检查点技术,在支持域存储一致模型的软件DSM系统JIAJIA的基础上,设计并实现了一个可恢复的高可移植的软件DSM系统JIACKPT(JIAjia with ChecKPoinTing).由于采用适合软件DSM系统的强全局一致状态以及多种优化措施,JIACKPT易于实现且获得很好的性能.在一个8节点的PC机群上的应用测试表明,即使每分钟做一次检查点,大部分应用的检查点开销也小于10%.此外,JIACKPT还具有高可移植性.这些都表明JIACKPT已经成为一个比较实用的系统.     

PC机群上JIAJIA与MPI的比较

对JIAJIA和MPI (message passing interface)是进行了比较.JIAJIA和MPI分别代表共享存储和消息传递的编程模式.MPI显式进行数据传输,编程复杂;JIAJIA由底层维护数据一致性,并附加提供简单的消息传递函数,编程容易、灵活.JIAJIA分配共享内存时开销较大,初始化时间比MPI长.提出了一个关于并行加速比与进程数目之间关系的近似经验公式,推出JIAJIA和MPI性能差距随着进程数目的增多而增大的结论.测试结果表明,大部分应用程序的JIAJIA和MPI版本的并行性能差距不超过10%.对于通信量很小的应用程序,其JIAJIA和MPI的性能差距较小,而通信量本身较大的应用程序,其JIAJIA和MPI的性能差距主要取决于运行时产生的实际通信量.     

基于JIAJIA系统的消息传递和共享存储编程模式比较

为了研究基于软件DSM系统的OpenMP实现，该文以一类具有代表性的用户题为例，分别测试了其基于JIAJIA系统的两种实现方式的加速比：一种是用JIAJIA提供的消息传递系统调用，实现一个类MPI版本（方式1）；另一种是用多个处理机对共享数组的读写来替代消息传递系统调用（方式2）。测试结果发现，对少量处理机系统，两种方式还具有可比性，但是，随着处理机数的增多，共享存储应用的性能急剧下降。通过对测试结果的分析及对用户题的进一步测试，发现方式2的时间主要花费在做一致性处理和缺页中断处理而导致的大量小消息通信上。测试表明，JIAJIA共享存储程序一般会比MPI程序导致更重的网络负载。要在JIAJIA共享存储基础之上建立一种实用的共享并行计算环境，尤其在支持OpenMP等共享编程语言方面，还有待进一步工作。     

OpenMP on Networks of Workstations for Software DSMs

This paper describes the implementation of a sizable subset of OpenMP on networks of workstations(NOWs) and the source-to-source OpenMP complier(AutoPar） is used for the JIAJIA home-based shared virtual memory system (SVM).The paper suggests some simple modifications and extensions to the OpenMP standard for the difference between SVM and SMP(symmetric multi processor),at which the OpenMP specification is aimed.The OpenMP translator is based on an automatic paralleization compiler,so it is possible to check the correctness of the semantics of OpenMP programs which is not required in an OpenMP-compliant implementation AutoPar is measured for five applications including both programs from NAS Parallel Benchmarks and real applications on a cluster of eight Pentium Ⅱ PCs connected by a 100 Mbps switched Eternet.The evaluation shows that the parallelization by annotaing OpenMPdirectives is simple and the performance of generatd JIAJIA code is still acceptable on NOWs.     

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．     

访存密集型应用在SMP机群系统中的性能分析

SMP机群系统因其良好的性价比、卓越的可扩展性与可用性，逐渐成为当前高性能计算机领域的主流结构．这种结点内共享存储、结点间消息传递的两级混合结构是目前并行计算研究的热点,在单个SMP结点中，总线和内存带宽是否满足CPU和I／O的需求对于访存密集型应用的性能影响很大。本文针对访存密集型应用的特点测试分析了在SMP机群中访存冲突对系统性能的影响，结果表明我们的SMP结点存在性能瓶颈，这种量化分析对于设计大规模的基于SMP的机群系统有很好的指导意义．     

基于软件DSMs网络系统的机载SAR图像并行处理的研究

雷达遥感图像的处理,由于受单机内存空间的限制,一般采用I／O函数随机访问磁盘图像文件的方式,因此完成整幅图像的处理需要耗费大量的时间,很难达到实际应用的需要。基于分布式共享内存网络系统JIAJIA软件将多台微机的物理内存连接构成一个较大的共享内存空间,实现了多台微机对遥感图像同步、方便、快捷的处理。通过对SAR图像几何纠正、图像滤波、监督分类串行算法的分析,发展了相应的并行处理算法,并在8台运行Linux操作系统,主频400MHz,内存256兆的Pentium II PC机上进行了实验,都获得了超线性加速比的实验结果。