Beowulf并行計算系統(tǒng)可擴展性的研究與應用.pdf

1、近年來，高性能計算技術蓬勃發(fā)展，越來越多的科學計算問題能夠通過并行程序設計得到解決。但在基礎理論研究等眾多領域，問題規(guī)模越來越大，需要更多的計算資源，所以并行計算系統(tǒng)必須隨之擴展，以提高計算能力。然而系統(tǒng)的效率并不是隨節(jié)點數(shù)目的增加而呈線性增長，當系統(tǒng)到達一定規(guī)模時會出現(xiàn)效率降低、執(zhí)行時間難以預測等問題，在異構系統(tǒng)中這些問題更為嚴重。因此，深入了解可擴展性將有助于對大型應用問題的并行計算系統(tǒng)的性能做出合適的評價，也有益于并行算法與并行系

2、統(tǒng)的設計與改進。 基于消息傳遞通信的Beowulf并行計算系統(tǒng)作為高性能計算的一個分支或流派，具有廉價、易管理、性價比高等眾多優(yōu)點，應用越來越廣泛。本文主要從效率方面分析異構Beowulf并行系統(tǒng)的可擴展性，研究當處理機節(jié)點增加時，問題規(guī)模應如何變化才能使擴展前后的效率保持不變，并以此來預測系統(tǒng)的可擴展性。 由于異構系統(tǒng)各節(jié)點處理能力的差異，任務分配策略的好壞將嚴重影響系統(tǒng)的可擴展性。因此，本文從研究任務分配、負載均衡出

3、發(fā)，改進了MPICH務分配上的缺點，構建了一個基于OpenPBS和MPICH的負載均衡模型。模型使用相對處理速度的概念，把每個節(jié)點的處理能力進行量化，調度節(jié)點根據(jù)每臺節(jié)點處理能力的權重值來分配任務，以達到整個系統(tǒng)的負載均衡。實驗表明本文構建的模型可以把任務較為合理的分配到各節(jié)點去執(zhí)行，為分析系統(tǒng)的可擴展性以及可擴展性實驗提供了良好基礎。 目前可擴展性研究主要集中在并行算法與并行系統(tǒng)相結合的可擴展性上，即研究如何隨節(jié)點數(shù)目的增加而

4、擴展問題規(guī)模，使得執(zhí)行時間較合理且效率較高。 等效率模型揭示了由并行算法和并行系統(tǒng)共同影響下的計算性能，但它主要針對同構系統(tǒng)，沒有考慮各處理節(jié)點的差異。雖然異構系統(tǒng)已經越來越普遍，但在效率和可擴展性的概念方面一直沒有合適的定義來研究它的特性。本文改進了同構系統(tǒng)下的等效率模型，提出了一個效率的定義，使它能夠同時應用到同構系統(tǒng)和異構系統(tǒng)，并構建了一個適合同構系統(tǒng)和異構系統(tǒng)的等效率模型，找到了使擴展前后系統(tǒng)保持相同效率的充分必要條件。