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介于消息传递界面和并行应用之间的通信库系统功能分析

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微电子学与计算机 2006年第z1期23卷 165-166,170页

作者：熊玉庆上海应用技术学院计算机科学与信息工程系上海200233

介于消息传递界面和并行应用之间的通信库系统对开发高性能的可靠、易维护的大型并行应用提供了支持。文章以BLACS和OilCL为例,从进程抽象命名,基于源的消息选择,非阻塞通信和集体通信等方面分析了介于消息传递系统和并行应用之间的通... 详细信息

介于消息传递界面和并行应用之间的通信库系统对开发高性能的可靠、易维护的大型并行应用提供了支持。文章以BLACS和OilCL为例,从进程抽象命名,基于源的消息选择,非阻塞通信和集体通信等方面分析了介于消息传递系统和并行应用之间的通信库系统功能。

关键词：分布存储并行计算消息传递界面 MPI PVM 通信库并行应用

虚拟化环境下基于并行应用阶段检测的时间片调度系统

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虚拟化环境下基于并行应用阶段检测的时间片调度系统

作者：赵新宇华中科技大学

学位级别：硕士

随着虚拟化技术的流行,越来越多的学术机构和企业开始尝试将紧耦合的并行应用放到云端来运行。为了提高资源利用率,云平台中多个虚拟机通常被整合到单个物理机上运行,这种资源的过载现象会给在虚拟化环境下运行的并行应用造成很大的同... 详细信息

随着虚拟化技术的流行,越来越多的学术机构和企业开始尝试将紧耦合的并行应用放到云端来运行。为了提高资源利用率,云平台中多个虚拟机通常被整合到单个物理机上运行,这种资源的过载现象会给在虚拟化环境下运行的并行应用造成很大的同步延迟,从而严重影响并行应用的性能。通过对虚拟化环境下不同类型并行应用性能进行分析,发现虚拟化环境下并行应用的同步开销主要有两种,分别是内核态的自旋锁延迟和用户态的屏障延迟。通过实验发现减小虚拟机的时间片能够显著降低并行应用的同步开销。另外,不同类型的并行应用在运行过程中有一个共同特征,即同步操作中忙等待时间的变化和缓存缺失率的变化之间存在一种负相关的关系,这恰好能够刻画出并行应用计算和通信阶段交替执行的运行时行为。基于并行应用阶段检测的时间片调度系统提供了一种在虚拟化环境下加速并行应用的方法。该系统在运行时通过缓存缺失率的变化来判断并行应用处于计算阶段或通信阶段,并可以根据不同阶段自适应地调节虚拟CPU的时间片,从而有效降低并行应用通信阶段的同步开销,同时使得计算阶段的密集执行不受影响。实验结果表明,对于运行在过载虚拟化环境下的不同类型的并行应用,相较于Xen默认的Credit调度器和其他一些代表性的调度策略,基于并行应用阶段检测的时间片调度系统可以使应用的性能达到1.250倍的提升。

关键词：并行应用虚拟CPU调度同步开销虚拟化

气体辅助注射成型CAE技术在模具设计中的并行应用与研究

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气体辅助注射成型CAE技术在模具设计中的并行应用与研究

作者：杨斌青岛科技大学

学位级别：硕士

气体辅助注射成型是一种新型的塑料成型方法,由于具有可提高产品表面质量、增加制品的强度及刚度、减小翘曲变形、降低生产成本、提高生产效率等优点,已经得到广泛的应用。但是由于气体的干涉,塑料熔体的流动变得非常复杂,要深入理解气... 详细信息

气体辅助注射成型是一种新型的塑料成型方法,由于具有可提高产品表面质量、增加制品的强度及刚度、减小翘曲变形、降低生产成本、提高生产效率等优点,已经得到广泛的应用。但是由于气体的干涉,塑料熔体的流动变得非常复杂,要深入理解气体辅助注射成型过程需要有高分子物理学、流变学、成型工艺学等多方面的知识,传统注射成型的设计和制造经验已经不再适用,因此对气辅注射成型过程的计算机模拟有着迫切的要求。本文概述了气体辅助注射成型CAE技术的应用,以气辅成型模具为研究对象,对气辅注射成型优化设计的基础性进行了应用和研究。提出CAE技术的并行应用过程,通过汽车仪表板和彩电前壳的气辅注射成型CAE分析,着重阐述了气辅注射成型CAE技术在模具设计中的并行应用与研究。运用CAE分析软件MPI4.0(Moldflow Plastics Insight 4.0)进行气辅注射成型模拟分析,优化设计模具的浇注系统、气辅系统及气辅成型工艺,最终得出符合生产需求的模拟分析结果。本课题的研究为气辅注射CAE技术的应用和研究提供了一个较为完善的应用背景和理论基础,并对实际模具设计过程中,优化设计模具的浇注系统及气辅系统,确定气辅成型工艺,指导气辅成型模县的生产,具有较强的实际意义。特别是CAE技术并行工程的应用与研究,具有一定的创新性和实用性。

关键词：气体辅助注射成型模具设计并行应用 CAE MPI

异构分布式系统中能量感知的并行应用调度算法研究

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异构分布式系统中能量感知的并行应用调度算法研究

作者：叶婷湖南大学

学位级别：硕士

处理器上能量感知的任务调度一直是计算机系统(例如,异构分布式计算系统)中的热门话题。给定一个包含N个任务n,n,...,n的应用G,以及一个包含处理器集合U=u,u,...,u的计算系统,能耗感知的任务调度通常是指为应用中的每个任务n找到合适的... 详细信息

处理器上能量感知的任务调度一直是计算机系统(例如,异构分布式计算系统)中的热门话题。给定一个包含N个任务n,n,...,n的应用G,以及一个包含处理器集合U=u,u,...,u的计算系统,能耗感知的任务调度通常是指为应用中的每个任务n找到合适的处理器和处理频率,以确保所有任务都能被有效的完成,同时能够优化系统能耗,保证应用执行的整个过程中消耗的能量在控制范围内。围绕绿色计算的主题,本文的主要目标是研究在异构分布式计算系统中,对于考虑任务优先级的并行应用,如何在有能耗约束的前提下最小化应用的调度长度。本文中调度长度是指从启动第一个任务开始到完成最后一个任务之间的时间间隔。对于此问题,现有工作采用的策略是预先为每个未调度的任务分配其最小能耗以满足能耗限制,然后使用启发式算法最小化调度长度。然而,我们通过分析发现,这种预分配策略可能会使调度结果对任务优先级敏感,优先级低的任务在调度时不能得到足够的能量资源,并因此导致最终的调度长度不够乐观。基于此,本文提出了一个新的任务调度算法ISAECC,该算法设计了一种基于权重的分配机制来为任务预分配能耗,最大程度减小因能耗分配不公平对调度结果的影响,并提供了严格的数学证明来验证其可行性。本文基于两个真实的并行应用做了多组实验,和多个传统优秀算法进行对比,结果一致表明,本文提出的算法有更好的性能。除此之外,本文从能耗约束的并行应用调度长度最小化问题出发,基于解决此问题的基本思想进行扩展,又研究了另外两个能量感知的调度问题:(1)在异构分布式系统中,对于有任务优先级约束的并行应用,考虑在有能耗约束的前提下,最大化其可靠性。本文中可靠性是指系统在执行应用的过程中不发生故障的概率。受最小化调度长度问题启发,本文通过将此问题分解为两个子问题来解决,并提出ISAECC*算法;(2)在异构分布式系统中,对于有任务优先级约束的并行应用,同时考虑应用的截止时间约束和能耗约束,最大化可靠性。本文提出MRDECC算法来解决此问题,将其分为两个阶段,先利用ISAECC算法最小化调度长度,在此基础上为最大化可靠性对任务进行重新分配。针对上面两个扩展问题,本文分别给出了充分的实验来证明所提方法的有效性。

关键词：异构系统能耗并行应用任务调度调度长度可靠性

异构分布式系统中基于节能的并行应用调度优化算法研究

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异构分布式系统中基于节能的并行应用调度优化算法研究

作者：李惊鸿湖南大学

学位级别：硕士

随着计算机规模的极速增长以及性能的不断提高,计算机系统的能耗也在极速增加。而对于异构分布式系统来说,无论是大型集群计算机系统还是小型手持终端设备,能源消耗一直是其主要考虑的问题之一。随着能源消耗对复杂性能的急剧增长,许多... 详细信息

随着计算机规模的极速增长以及性能的不断提高,计算机系统的能耗也在极速增加。而对于异构分布式系统来说,无论是大型集群计算机系统还是小型手持终端设备,能源消耗一直是其主要考虑的问题之一。随着能源消耗对复杂性能的急剧增长,许多工作都开始集中于在保证一定调度性能的情况下去考虑优化系统能耗。如何在能耗和性能之间寻找一个舒适的平衡点已经成为学术界的一大挑战。对于任务调度问题来说,应用程序如何在计算机系统中充分利用处理器进行高性能的计算,也已经成为一个非常有实际意义的研究领域。现有并行任务调度优化机制的主要目的是为了减小整个并行应用程序的调度长度,同时在一定程度上提高系统的运行效率以及均衡系统负载等等。其基本思想是:首先,将应用程序分割成多个子任务,然后基于一定的调度策略,将这些子任务分配给合适的处理机以获得最快的响应。而就目前而言,动态电源管理(Dynamic Power Management,DPM)技术和动态电压/频率调节(Dynamic Voltage/Frequency Scaling,DVS/DVFS)技术在任务调度上应用得最为广泛。DPM技术的提出主要是为了节约系统运行时的能耗,该技术通过将当前长时间不使用的系统组成部件设置成低功耗状态以达到目的。而DVS/DVFS技术的能耗优化思想是在系统运行过程当中,有选择的来提高或降低任务运行期间处理机的执行电压和相应的时钟频率,以获得执行能耗的降低。本文在已有算法基础上提出了一种异构分布式环境下具有能耗约束的增强型并行应用调度算法(Enhanced energy consumption constrained parallel application scheduling algorithm,EECC)。该算法的主要思想分为两部分,第一,满足并行应用程序给定的能耗约束,该能耗约束通过一定的方式将其转移到每一个任务中来解决;第二,减少调度长度,通过启发式的以低时间复杂度调度每一个任务来解决。为了验证算法的有效性以及保证实验结果的准确性,本文利用Java语言实现了一个模拟器,通过三种不同的模型来模拟真实的异构分布式环境下的并行应用程序,以此来评估EECC算法的性能。实验结果表明,该算法在满足能耗约束的同时,能够获得更好的调度长度,与现有的各种并行算法相比,具有较好的性能。

关键词：能耗异构分布式 DVFS 并行应用调度长度

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云平台下基于动态时间片的并行应用加速系统

云平台下基于动态时间片的并行应用加速系统

作者：谢振江华中科技大学

学位级别：硕士

随着对高性能计算资源的需求增长,使用云计算环境下的虚拟集群来运行紧耦合的并行应用变得越来越流行。然而在虚拟化环境下,会发生锁持有者被抢占问题。当虚拟机中占有锁的虚拟中央处理器(VCPU)被抢占后,会导致虚拟机内的其他VCPU一直... 详细信息

随着对高性能计算资源的需求增长,使用云计算环境下的虚拟集群来运行紧耦合的并行应用变得越来越流行。然而在虚拟化环境下,会发生锁持有者被抢占问题。当虚拟机中占有锁的虚拟中央处理器(VCPU)被抢占后,会导致虚拟机内的其他VCPU一直处于忙等待状态,直到占有锁的VCPU重新被调度并且释放自旋锁。因此,锁持有者被抢占问题会造成并行应用在虚拟化环境下同步延迟显著增高,极大地影响了并行应用的性能,特别是在云计算环境中资源经常出现过载的情况下。由于各种各样类型的应用托管在虚拟化的云系统中,在有效提升并行应用性能的同时尽可能避免对非并行应用造成明显的性能损失是一项非常大的挑战。通过对虚拟化的云计算环境中并行应用性能损失问题分析发现,虚拟机的调度时间片是影响并行应用性能的重要因素。基于动态时间片的并行应用加速系统提供了一种虚拟化环境下基于动态时间片的VCPU调度策略。系统通过对虚拟机内核的自旋锁进行监控,在自旋锁操作发生忙等待时,采集相应的自旋锁延迟信息,然后通过通信模块把自旋锁延迟信息从虚拟机内核传输到虚拟机监视器(VMM)中;VMM中的自旋锁统计模块在接收到虚拟机内核传输来的自旋锁延迟信息之后,会对该自旋锁延迟信息按照虚拟机进行分类,并且进行统计;动态时间片控制模块接受来自自旋锁延迟统计模块的统计信息后,将对所有虚拟机进行自适应地动态时间片计算,由于每个虚拟机计算出来的时间片可能不同,所以,还需要对所有虚拟机的时间片进行统一,最终把统一后的时间片应用到虚拟机的调度流程中。系统通过动态地控制虚拟机调度时间片的大小,能有效地缩短虚拟机的自旋锁延迟,提升并行应用的同步效率,从而提升并行应用的性能。实验结果表明,相对于现有方案(包括传统时间片调度方案像Xen的Credit方案以及著名的并行应用性能加速方案像Co-scheduling和Balance),基于动态时间片的并行应用加速系统能获得1.5-10X的性能提升,并且对非并行应用几乎不造成明显地性能影响。

关键词：虚拟化并行应用自旋锁延迟性能调度

加速人才培养孕育行业应用英特尔支持2015全国并行应用挑战赛,强化技术人才全面培养

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个人电脑 2015年第12期21卷 65-66页

2015年11月12日,无锡——围绕高性能计算技术的研究与发展趋势、高性能计算技术的主要行业应用等主题,由中国计算机学会主办,高性能计算专业委员会和江南大学承办的2015全国高性能计算学术年会今天迎来了最后一天的议程。会上,由中国计... 详细信息

2015年11月12日,无锡——围绕高性能计算技术的研究与发展趋势、高性能计算技术的主要行业应用等主题,由中国计算机学会主办,高性能计算专业委员会和江南大学承办的2015全国高性能计算学术年会今天迎来了最后一天的议程。会上,由中国计算机学会高性能计算专业委员会（CCF TCHPC）联合英特尔（中国）有限公司共同主办的,旨在寻找行业最佳应用、发现顶尖优化人才的“2015全国并行应用挑战赛”也终于结束紧张激烈的决赛赛程。

关键词：中国计算机学会并行应用高性能计算技术研究与发展最后一天强化技术至强处理器并行优化朱文利协处理器

介于消息传递界面和并行应用之间的通信库系统功能分析

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介于消息传递界面和并行应用之间的通信库系统功能分析

面向OpenMP和OpenTM应用的并行数据重用理论

2006年全国开放式分布与并行计算机学术会议

作者：熊玉庆上海应用技术学院计算机科学与信息工程系

关键词：分布存储并行计算消息传递界面 MPI PVM 通信库并行应用

来源： cnki会议评论

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软件学报 2010年第12期21卷 3011-3028页

作者：吴俊杰杨学军刘光辉唐玉华国防科学技术大学计算机学院并行与分布处理国家重点实验室湖南长沙410073 国防科学技术大学计算机学院计算机科学与技术系湖南长沙410073

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... 详细信息

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.

关键词：并行应用重用局部性多核 OpenMP OpenTM