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MPICH在工作站机群环境下通信机制的分析与优化

作 者: 闫浩
导 师: 郑全录
学 校: 解放军信息工程大学
专 业: 计算机软件与理论
关键词: MPICH 工作站机群 进程间通信 并行 任务启动 通信管理进程
分类号: TP368.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 31次
引 用: 0次
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内容摘要


MPICH是目前应用最广泛的MPI标准的实现,是基于消息传递的并行函数库,能被移植到多种计算机系统上。MPICH是开源软件,但是介绍其内部实现的资料非常少。MPICH计算能力强,可移植性好,但基于工作站机群的通信实现过程中,其通信延迟比较大。因此,对MPICH通信实现过程的分析与优化对于提高并行程序的运行效率具有重要意义。本文从通信实现的角度出发,通过分析MPICH的源代码,对MPICH的通信实现过程进行了优化,实现了一个改进的并行函数库。MPICH在进程间通信的过程中,节点之间是按照进程而不是节点来建立TCP连接的。MPICH在通信环境初始化过程中,将不在同一节点的每两个进程之间都建立有TCP连接。实验证明,两个节点之间建立多个TCP连接通信开销较大,而且并不能优化通信,完全可以简化为一个TCP连接。因此,本文采取在每个节点增加一个管理进程的办法,负责所有的对外TCP连接,这样既优化了进程间通信连接结构,又节省了连接建立过程中的通信开销,特别是对不在同一台机器上的进程间通信起到了较好的优化效果。MPICH在机群环境下启动任务时是顺序执行的,用户在主节点执行MPI程序后,主节点依次启动远程节点任务,这种方式在任务启动过程中随着节点数的增加通信开销增加很快。本文运用算法的倍增设计技术,提出并实现了一种并行化的任务启动方式并进行了测试。并行化的任务启动方式采取一种扩散的树型结构,实现了MPICH串行任务启动方式的并行化,减少了任务启动过程中的通信时间,得到了更高的通信效能。本文最后运用以上阐述的改进方法,实现了一个改进的并行函数库,并通过实例描述了其原理。

全文目录


表目录  6-7
图目录  7-8
摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章 引言  10-16
  1.1 并行程序设计  10
  1.2 MPI 与 MPICH 介绍  10-12
    1.2.1 并行软件开发模式  10-11
    1.2.2 MPI 简介  11-12
    1.2.3 MPICH 简介  12
  1.3 研究背景  12-13
  1.4 国内外研究现状  13
  1.5 研究内容  13-14
  1.6 研究目的和意义  14
  1.7 论文结构  14-16
第二章 MPI标准介绍  16-21
  2.1 MPI 的消息传递接口  16-17
  2.2 MPI 的消息传递模式  17-20
    2.2.1 MPI 消息  17
    2.2.2 点对点通信  17-19
    2.2.3 集合通信  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第三章 MPICH在工作站机群环境下通信功能实现分析  21-34
  3.1 MPICH 层次结构分析  21-25
    3.1.1 MPICH 总体结构  21-22
    3.1.2 MPICH 代码结构  22-23
    3.1.3 MPICH 通信过程层次  23-25
  3.2 MPICH 在工作站机群环境下的通信实现过程  25-31
    3.2.1 通信环境初始化  25-28
    3.2.2 点对点通信实现  28-30
    3.2.3 集合通信实现  30-31
  3.3 实验测试  31-33
    3.3.1 实验目的及原理  31-32
    3.3.2 进程间共享内存通信实验数据  32-33
    3.3.3 进程间 TCP 连接通信实验数据  33
  3.4 本章小结  33-34
第四章 MPICH通信机制对通信并行化的影响及改进方法  34-45
  4.1 进程间通信连接建立方式的优化  34-39
    4.1.1 MPICH 进程间通信连接的建立  34-37
    4.1.2 对 MPICH 进程间通信连接的优化  37-39
  4.2 MPICH 的任务启动方式的优化  39-42
    4.2.1 MPICH 任务启动方式  39-41
    4.2.2 并行化的任务启动方式  41-42
  4.3 实验测试  42-44
    4.3.1 机器间通信和机器内部通信的效率比较  42
    4.3.2 启动过程优化性能测试  42-43
    4.3.3 通信管理进程对原有节点间通信效率的影响程度测试  43-44
  4.4 本章小结  44-45
第五章 MPICH改进后函数库的实现  45-52
  5.1 改进后函数库的实现原理  45-48
    5.1.1 改进后函数库通信环境建立  45-46
    5.1.2 实现要点  46-48
  5.2 运行实例描述  48-50
    5.2.1 通信过程优化处理  49
    5.2.2 执行代码生成  49
    5.2.3 通信底层实现过程  49-50
  5.3 实验测试  50-51
    5.3.1 实验目的及原理  50
    5.3.2 实验数据比较  50-51
  5.4 本章小结  51-52
结束语  52-55
参考文献  55-58
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作  58-59
致谢  59

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 服务器、工作站
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