基于单边通信的MPI通信库优化研究

摘要

集群系统(cluster)凭着其高可靠性、高可扩展性和高性价比等优势成为并行计算结构中最受欢迎的模型之一。其中曙光4000A和KD60平台是两种具有代表性的高性能集群系统。并行编程模型包括数据并行、共享存储和消息传递编程模型，且广泛地使用标准库MPI(Message Passing Interface)用以增强消息传递程序的可移植性和实用性。MPICH2是支持MPI-2标准中最常用的实现之一。
　　 在以MPI为主导的并行应用的主流计算平台中，通信操作起到了重要的作用。利用MPICH2实现版本中新增加的操作——单边操作，可以对并行运算的通信性能进行优化，这对于提升基于KD60和曙光4000A平台的并行计算效率有着十分重要的意义。
　　 本文的主要工作就是采用MPICH2新的通信机制——单边通信，优化MPI一到一通信及群集通信的性能。且利用单边通信机制对BSP网络参数评估方案进行优化，使之适合于曙光4000A及其它类似的集群系统的体系特征。主要工作内容可概括如下：
　　 第一，分析MPI-2单边通信函数的具体实现。结合曙光4000A和KD60平台的体系结构特性，利用单边通信代替点到点通信实现对一到一通信性能的优化。
　　 笫二，分别以广播和全交换为例，介绍如何结合MPICH2中新增的单边通信操作和合适的虚拟拓扑结构优化一到多和多到多模式通信算法，并给出算法优化的实现过程。
　　 第三，应用单边通信实现原理，对BSP计算模型网络参数评估方案进行优化，以快速傅里叶变换算法为例说明新方案测量出的网络参数值更能体现出以曙光4000A为代表的消息传递型集群并行机的网络性能。
　　 从实验的结果中，我们可以看出基于单边通信机制的群集通信优化算法的确能够提升MPICH2通信库的相关性能，而且优化后的BSP模型网络参数评估方案能更加准确地反映出类似于曙光4000A体系结构的一系列高性能集群计算机系统的网络性能。