Spark下MPI-GPU并行計(jì)算處理機(jī)制的研究.pdf

1、隨著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模海量數(shù)據(jù)應(yīng)運(yùn)而生，針對(duì)海量數(shù)據(jù)的傳輸和計(jì)算，單節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力成為了數(shù)據(jù)處理的瓶頸，越來(lái)越多有價(jià)值的數(shù)據(jù)難以被單一的機(jī)器使用。鑒于集群具有的超級(jí)計(jì)算能力和廉價(jià)的成本優(yōu)勢(shì)，使得大規(guī)模機(jī)器學(xué)習(xí)和科學(xué)計(jì)算等的高性能計(jì)算得以向前邁進(jìn)。與此同時(shí)，現(xiàn)代圖形處理單元與多核心架構(gòu)已經(jīng)成為通用并行計(jì)算平臺(tái)，可以極大地加快科學(xué)應(yīng)用。同時(shí)擁有萬(wàn)億次峰值計(jì)算能力的多GPU工作站可加速計(jì)算和處理海量數(shù)據(jù)。如今并行計(jì)算如火如荼

2、，有傳統(tǒng)的基于網(wǎng)格和硬盤的計(jì)算方式，還有現(xiàn)在流行的基于HDFS和內(nèi)存的計(jì)算方式。由于傳統(tǒng)的并行編程模型的局限性，也對(duì)新的并行編程框架提出了更高的要求。
　　Hadoop Mapreduce是一種目前最為流行的開(kāi)源分布式計(jì)算框架，它支持TB以上級(jí)別數(shù)據(jù)處理，廣泛應(yīng)用于由上千上萬(wàn)個(gè)商用機(jī)器組成的大型集群上。然而由于Mapreduce多次從文件系統(tǒng)讀取同一數(shù)據(jù)，導(dǎo)致磁盤I/O訪問(wèn)速度緩慢。正是在節(jié)省成本和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可擴(kuò)展性需求的催化下，S

3、park的概念應(yīng)運(yùn)而生，且被認(rèn)為是解決目前大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的較好的方案。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校AMP實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了Spark框架，針對(duì)迭代式算法或者交互式查詢中Mapreduce反復(fù)讀寫文件系統(tǒng)從而效率低下的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)內(nèi)存行為進(jìn)行建模與分析，對(duì)內(nèi)存的使用進(jìn)行了決策自動(dòng)化以及替換策略優(yōu)化。提高了任務(wù)在資源有限情況下的運(yùn)行效率，以及在不同集群環(huán)境下任務(wù)效率的穩(wěn)定性。
　　本文研究Spark下MPF/GPU并行計(jì)算處理機(jī)制的主要目標(biāo)

4、是有效的提高分布式環(huán)境的開(kāi)發(fā)效率，并且在性能方面與原有實(shí)現(xiàn)相當(dāng)。針對(duì)目前分布式并行計(jì)算MPI、高性能計(jì)算GPU、任務(wù)和資源如何分配達(dá)到高效合理利用的問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)環(huán)境，探討在新興開(kāi)發(fā)框架Spark架構(gòu)下，高效合理的分配任務(wù)和資源。本文開(kāi)發(fā)的架構(gòu)既充分利用了Spark集群對(duì)于任務(wù)調(diào)度和資源管理的優(yōu)勢(shì)，又將原有的MPI任務(wù)和GPU任務(wù)合理嵌入Spark框架中。
　　Spark下MPI/GPU并行計(jì)算處理機(jī)制的流程主要是，客

5、戶端在Master節(jié)點(diǎn)上將數(shù)據(jù)上傳到HDFS上并將程序分發(fā)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上。Spark提交Job任務(wù)到Y(jié)arn上，Yarn上的應(yīng)用程序管理器負(fù)責(zé)管理整個(gè)應(yīng)用程序，識(shí)別MPI任務(wù)還是GPU任務(wù)，Spark將MPI任務(wù)或者GPU任務(wù)進(jìn)一步分配給各個(gè)節(jié)點(diǎn)。同時(shí)調(diào)用相應(yīng)的MPI程序或GPU程序，各節(jié)點(diǎn)定時(shí)向Yarn匯報(bào)本節(jié)點(diǎn)上的資源使用情況和運(yùn)行狀態(tài)。最后，將運(yùn)算結(jié)果回傳給主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)上傳到HDFS上。
　　針對(duì)Spark下MPI/GPU并