基于“天河”高速互連網(wǎng)絡的MPI聚合通信優(yōu)化.pdf

1、在現(xiàn)代MPI并行應用中，聚合通信操作被廣泛使用。聚合通信操作不僅在科學計算上占據(jù)大部分時間消耗（有時可高達70％），同時也為程序員提供更便捷編程接口。然而軟件實現(xiàn)的聚合通信操作是基于點對點操作實現(xiàn)的，當系統(tǒng)增大時，由于通信步驟、計算數(shù)據(jù)量和通信距離都增加了，聚合通信的耗時增加的很快，因此其可擴展性很差。但應用程序卻隨著系統(tǒng)的增大對于可擴展性有了越來越高的要求，因此，對聚合通信進行優(yōu)化變得也更加重要了。
　　加速聚合通信操作的一個有

2、效的方法是在網(wǎng)卡端使用卸載模式（offload），即在網(wǎng)卡端加入一些特殊部件來輔助處理機進行聚合通信的數(shù)據(jù)移動或者數(shù)據(jù)計算，也稱為軟硬件結(jié)合的聚合通信操作?！疤旌印备咚倩ミB網(wǎng)絡使用在網(wǎng)卡端加入的觸發(fā)邏輯來卸載處理機端的數(shù)據(jù)移動任務，本文即以“天河”高速互連網(wǎng)絡為基礎(chǔ)，研究MPI聚合通信優(yōu)化方法，主要取得了如下成果：
　　1)對α-β模型進行擴展，通過擴展的模型計算出基于點對點的聚合通信操作時延，與基于offload實現(xiàn)的聚合通信進

3、行對比。經(jīng)典的α-β模型只能適合聚合通信操作的定性分析，而不能進行定量的分析，擴展后的α-β模型能夠?qū)酆贤ㄐ挪僮鬟M行定量分析，為后面與offload模式的聚合通信操作進行對比；
　　2)提出基于offload實現(xiàn)的聚合通信評價模型，通過測試，能較好的預測實測數(shù)據(jù)，并為后面同步和廣播操作的算法設(shè)計提供理論分析。基于offload實現(xiàn)的聚合通信操作評價模型的提出為之后我們在“天河”高速互連網(wǎng)絡上進行聚合通信優(yōu)化提供了理論依據(jù)，不僅如

4、此，也指導我們后面的聚合通信操作的優(yōu)化；
　　3)對基于offload實現(xiàn)的柵欄同步和廣播操作進行算法優(yōu)化和測試分析并且對基于offload實現(xiàn)的收集操作進行算法設(shè)計。柵欄同步操作和廣播操作為最常用的聚合通信操作，也可以應用于許多聚合通信，我們實現(xiàn)了k-ary樹和k-nomial樹兩種算法的柵欄同步操作和廣播操作，同時從理論和實際測試給出兩種操作在性能取得最優(yōu)值時的k值，根據(jù)理論模型，基于觸發(fā)的聚合通信操作擁有良好的可擴展性；

5、r>　　本文對擴展的α-β模型和基于 offload實現(xiàn)的聚合通信操作評價模型進行了實驗驗證，實驗結(jié)果表明兩種模型均能較好的定量分析軟件和基于offload方式實現(xiàn)的聚合通信操作，并且模型也為后面進行聚合通信操作優(yōu)化提供理論依據(jù)。同時在64個節(jié)點規(guī)模時，基于offload的柵欄同步操作比基于點對點的柵欄同步操作性能提高了2.17倍，對offload實現(xiàn)的柵欄同步和廣播操作進行優(yōu)化，優(yōu)化后的柵欄同步操作性能進一步提高1.1倍，廣播操在性能