Разработка методов моделирования для оценки производительности суперкомпьютерных систем для параллельных приложений с однородным характером поведения

• Автор: Речистов, Григорий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Оглавление
1. Обзор технологий моделирования и изучения производительности
1.1. Цель диссертационной работы
1.2. Научная новизна
1.3. Практическая ценность
1.4. Апробация
1.5. Публикации
1.6. Содержание работы
1.7. Обзор существующих подходов
1.8. Обзор аналитических моделей параллельных программ
1.9. Симуляторы ЭВМ
1.10. Метрики производительности
1.11. Постановка задачи исследования
2. Теоретические обоснования
2.1. Классический критерий виртуализуемости
2.2. Ограничения применимости критерия виртуализуемости
2.3. Статус поддержки в современных архитектурах
2.4. Практические аспекты возможности эффективной симуляции
2.5. Вывод о применимости симуляции
3. Компоненты модели
3.1. Моделирование кэшей
3.2. Реализация модели кэшей и памяти

Оглавление
3.3. Просмотр работы в реальном времени
3.4. Анализ MPI
3.5. Анализ составляющих CPI
3.6. Анализ с помощью Intel VTune
3.7. Учёт влияния технологии Intel HyperThreading
3.8. Распределённая модель
4. Результаты и их внедрение
4.1. Последовательность проведения исследований приложений
4.2. Gromacs
4.3. Amber
4.4. Масштабируемость и скорость симуляции
4.5. Однородность исследуемых приложений
4.6. Анализ MPI
4.7. Анализ приложений с учётом HyperThreading
4.8. Результаты измерения FLOPS
4.9. Заключение
Литература
Приложение

1. Обзор технологий моделирования и изучения производительности
Проектирование вычислительных комплексов является сложной задачей, при решении которой необходимо учитывать особенности приложений, которые планируется на них использовать. По этой причине широко используется подход, когда разработка новых устройств сопровождается созданием их компьютерных моделей, способных с некоторой точностью проявлять себя так, как работают реальные системы. Построенные согласно этим принципам программные модели различаются между собой по назначению, точности моделирования, числу конфигурируемых параметров, скорости и принципам организации. Объединяет их, как правило, общее условие изоляции (виртуализации) моделей друг от друга и от внешней среды: программы, исполняющиеся внутри, не могут повлиять на окружение или нарушить работу самой модели. Более того, их исполнение обязано с достаточной точностью повторять их поведение, наблюдаемое на реальной аппаратуре.
При росте сложности проектируемой системы, измеряемой числом входящих в неё вычислительных ядер, узлов и соединений между ними, существующие средства моделирования рискуют оказаться неэффективными или даже бесполезными из-за резкого снижения скорости работы и/или недостаточной точности моделирования. Поэтому

2. Теоретические обоснования
сутствовал единственный LPAR-раздел. Поддерживаемые ОС (AIX, Linux, 15/OS) были модифицированы с учётом этого, чтобы поддерживать своеобразную паравиртуализационную схему. Для управления устройствами ввода-вывода один (или два, для балансировки нагрузки) из LPAR загружает специальную операционную систему — virtual I/O server (VIOS), предоставляющую эти ресурсы для остальных разделов.
2.3.2. SPARC
Компания Sun, развивавшая системы UltraSPARC и ОС Solaris, предлагала виртуализацию уровня ОС (т.н. контейнеры или зоны) начиная с 2004 г. В 2005 году в многопоточных процессорах Niagara 1 была представлена аппаратная виртуализация. При этом гранулярность виртуализации была равна одному потоку (всего чип имел восемь ядер, четыре потока на каждом).
Для взаимодействия ОС и гипервизора был представлен публичный и стабильный интерфейс для привилегированных приложений [33], скрывающий от ОС большинство архитектурных регистров.
Для трансляции адресов используется описанная ранее двухуровневая схема с виртуальными, реальными и физическими адресами. При этом TLB не хранит промежуточный адрес трансляции.
2.3.3. Intel IA-32 и AMD х
В отличие от POWER и SPARC, архитектура IA-32 никогда не была подконтрольна одной компании, которая могла бы добавлять функциональность (пара)виртуализации между аппаратурой и ОС, нарушающую обратную совместимость с существующими операционными системами. Кроме того, в ней явно нарушены условия эффективной виртуализации — около 17 служебных инструкций не являются привилегированными, что мешало создать аппаратно поддерживаемые