Процедура и устройство барьерной синхронизации с динамическим ограничением области распространения координирующих сигналов

• Автор: Аль-Хади Абдулрахман Мохаммед Али
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МНОГОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ НА КРИСТАЛЛЕ. ПОНЯТИЕ БАРЬЕРНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ И МЕТОДЫ. ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ
1Л. Однокристальные мультикомпьютеры
1.2. Координационные процессы. Процедура барьерной синхронизации. Особенности синхронизации итеративных вычислений
1.3. Методы барьерной синхронизации
1.3.1. Программные методыбарьерной синхронизации
1.3.2 Гибридные методы барьерной синхронизации
1.3.3 Аппаратные методы барьерной синхронизации
Выводы
2. ПРОЦЕДУРА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ БАРЬЕРНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ С ДИНАМИЧЕСКИМ ОГРАНИЧЕНИЕМ ОБЛАСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ КООРДИНИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ. КЛЮЧЕВЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ФОРМАЛИЗОВАННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
2.1. Концептуальный базис процесса синхронизации
2.2. Формализованное описание процедуры распределенной барьерной синхронизации с динамическим ограничением области координирующих сигналов
2.3. Математическая модель координирующей среды
Выводы
3. ОРГАНИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА РАСПРЕДЕЛЕННОГО БАРЬЕРНОГО СИНХРОНИЗАТОРА С ДИНАМИЧЕСКИМ ОГРАНИЧЕНИЕМ ОБЛАСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СИГНАЛОВ
3.1. Структурно-функциональная организация модуля распределенного барьерного синхронизатора
3.2. Процесс функционирования распределенного барьерного синхронизатора

3.3. Оценка аппаратной сложности распределенного барьерного синхронизатора
Выводы
4. ОЦЕНКА БЫСТРОДЕЙСТВИЯ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ПРОЦЕДУРЫ И УСТРОЙСТВА БАРЬЕРНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ С ДИНАМИЧЕСКИМ ОГРАНИЧЕНИЕМ ОБЛАСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СИГНАЛОВ
4.1. Максимального времени синхронизации
4.3. Постановка и результаты вычислительного эксперимента
4.3.1. Постановка эксперимента
4.3.2. Ц-схема моделируемой системы
4.3.3. Результаты вычислительного эксперимента
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Современная микроэлектронная технология обеспечивает возможность производства СБИС общей емкостью порядка 2 млрд. транзисторов, что позволяет реализовать на одной микросхеме мультикомпьютеры, содержащие до 100 полнофункциональных процессорных элементов. Многие ведущие производители (1Ще1, ЬйеПаБуэ, КеуШеоп, ТНега) уже предлагают или планируют в ближайшем будущем выпуск подобных однокристальных мультикомпьютеров (ОМК). Учитывая^ технологические ограничения СБИС, в качестве топологической структуры ОМК, как правило, используется двумерная матрица. Типичным представителем подобных однокристальных систем являются матричные мультикомпьютеры фирмы ТНега (ТГЬЕРгоЗб, Т1ЬЕ64, Т1ЬЕРго64, Т1ЬЕ-Ох), объединяющие от 32 до 100 процессорных элементов, соединенных коммуникационной средой в двухмерную матричную структуру.
Функционирование ОМК сопряжено с выполнением ряда коммуникационных операций, к которым относятся обращения к внешней памяти, межпроцессорный обмен данными и координационные управляющие взаимодействия. Эти операции вносят существенный вклад в общее время выполнения параллельных программ, ограничивая потенциально достижимую производительность мультикомпьютера. Одной из них является барьерная синхронизация. Она заключается в согласовании моментов завершения и запуска параллельных участков программы (ветвей, процессов) в определенной ее точке (называемой барьером) и предполагает приостановку выполнения некоторых процессов до наступления условия синхронизации, при котором все требуемые процессы достигли барьера. Весьма часто барьерная синхронизация применяется при реализации итеративных вычислений для обеспечения скоординированного перехода множества процессов к следующей итерации цикла.

взаимодействий является барьерная синхронизация; которая заключается в согласовании моментов завершения и запуска параллельных участков программы в определенной ее точке и предполагает приостановку выполнения некоторых процессовдо наступления условия синхронизации, при котором все требуемые процессы достигли барьера. Барьерная синхронизация является--неотъемлемой частью параллельных программ и часто применяется- при итеративных вычислениях для согласования перехода группы, процессов- к следующей итерации цикла.
3. Анализ существующих методов барьерной синхронизации, позволяет утверждать, что аппаратные методы являются более перспективными, чем программные и гибридные. Это объясняется тем, что аппаратные методы обладают более высоким быстродействием и не оказывают влияния на пропускную способность имеющейся коммуникационной сети.
4. Существующие аппаратные методы барьерной, синхронизации обладают рядом недостатков. Подавляющее большинство аппаратных средств не учитывают особенностей циклически выполняемых барьеров, что. увеличивает время при их синхронизации. Немногочисленные решения, поддерживающие циклически выполняемые барьеры, характеризуются жестким ограничением на размещение синхронизируемых процессов, что затрудняет их применение в ОМК в соответствии со стандартом MPI и усложняет задачу распределения процессов на множестве процессорных модулей. Таким образом, существует необходимость дальнейших исследований в области разработки аппаратных процедур и распределенных средств барьерной синхронизации, обеспечивающих уменьшение времени синхронизации циклически выполняемых барьеров при одновременном снижении требований к размещению синхронизируемых процессов;