Метод и аппаратные средства барьерной синхронизации однокристальных матричных мультикомпьютеров на основе виртуально-многослойной конвейерной координирующей среды

• Автор: Бредихин, Руслан Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АРХИТЕКТУРА И КООРДИНАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МАТРИЧНЫХ МУЛЬТИКОМПЬЮТЕРОВ

1.1. Особенности архитектуры однокристальных матричных мультикомпьютеров

1.2. Координационные процессы в мультикомпыотерах. Процедура барьерной синхронизации

1.3. Методы, процедуры и средства барьерной синхронизации

Выводы
2. ОРГАНИЗАЦИЯ БАРЬЕРНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ ВИРТУАЛЬНО-МНОГОСЛОЙНОЙ КОНВЕЙЕРНОЙ

КООРДИНИРУЮЩЕЙ СРЕДЫ

2.1. Принципы организации виртуально-многослойной координирующей среды

2.2. Концептуальный базис разработанного метода барьерной синхронизации

2.3. Особенности разработанного метода барьерной синхронизации
2.3.1. Определение индикаторных функций и условий синхронизации
2.3.2. Определение топологии физических слоев координирующей среды
2.3.3. Определение логической конфигурации физических слоев координирующей среды
2.3.4. Виртуализация физических слоев координирующей среды
2.3.5. Определение логической конфигурации виртуальной координирующей среды
2.3.6. Организация тактовой синхронизации виртуальной координирующей среды
2.3.7. Инвариантность разработанного метода к конфигурации барьерных групп

Выводы
3. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ КООРДИНИРУЮЩЕЙ СРЕДЫ С ВИРТУАЛЬНЫМИ КАНАЛАМИ
ЗЛ. Синтез базовой схемы ячейки координирующей среды
3.2. Синтез схемы ячейки координирующей среды с виртуальными каналами
3.3. Синтез схемы ячейки координирующей среды с многоразрядными виртуальными каналами
3.4. Оценка аппаратной сложности ячейки координирующей среды и гибкости разработанных аппаратных средств
Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ ЯЧЕЙКИ В СОСТАВЕ КООРДИНИРУЮЩЕЙ СРЕДЫ МАТРИЧНОГО МУЛЬТИКОМПЬЮТЕРА
4.1. Методика проведения исследований
4.2. Особенности используемого языка имитационного моделирования
4.3. Особенности используемых инструментальных средств имитационного моделирования
4.4. Результаты имитационного моделирования
Выводы ИЗ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - Листинг управляющей подпрограммы, реализуемой обобщенными массовыми контроллерами при моделировании координирующей среды.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 - Акты о внедрении результатов диссертации

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Межпроцессорные взаимодействия являются одним из критических факторов, сдерживающих рост производительности параллельных вычислительных систем. Подобные взаимодействия весьма разнообразны по характеру и охватывают широкий спектр действий: от простейших попарных обменов скалярными данными до весьма сложных распределенных коллективных операций.
К числу важнейших коммуникационных процедур, выполняемых в ходе межпроцессорного взаимодействия в системах различных архитектурных классов, относится барьерная синхронизация. Барьерная синхронизация является не только одним из часто встречающихся видов межпроцессорного взаимодействия, но и считается базовой коммуникационной операцией параллельных программ, разрабатываемых в соответствии с современными стандартами параллельного программирования.
Практика показывает, что барьерная синхронизация значительно снижает степень параллелизма программ и, следовательно, производительность вычислительных систем, из-за необходимости ожидания процессами завершения синхронизации. Учитывая невозможность исключения барьеров из большинства параллельных программ, основные усилия исследователей и разработчиков в настоящее время направлены на минимизацию времени, затрачиваемого в среднем на один барьер (т.н. среднего времени барьерной синхронизации).
Вопросами организации межпроцессорного взаимодействия в параллельных системах занимались многие отечественные и зарубежные ученые, в частности, A.B. Каляев, И.В. Каляев, В.В. Воеводин, Вл.В. Воеводин, A.B. Корнеев, И.И. Левин, А.П. Типикин, И.В. Зотов, E.D. Brooks, D.K. Panda, J. Wu, M. O’Keefe, W.E. Cohen и др. За последние три десятилетия было разработано широкое многообразие методов, процедур и средств барьерной синхронизации, используемых на различных уровнях параллелизма и ориентированных на параллельные вычислительные системы разных архитектурных классов. Для си-

Мультикомпьютер, представленный описанным способом, условно обозначим через А<я).
ОММК выполняет множество параллельных программ ^ = {Оц},
которые могут быть загружены и активизированы одновременно либо поступать в систему в определенном порядке. В дальнейшем условимся рассматривать одну из программ множества Ч/, например, некоторую программу £1и, при этом действие всех теоретических положений будем распространять на любую программу из ЧА Пусть программа С1и представлена параллельной граф-схемой (ПарГСА) Си с множеством операторных и условных вершин Уи и с множеством дуг Еи сг Уи х Уи, причем на множестве Уи заданы отношения следования у, связи (р, альтернативы у/ и параллельности со [2].
Определение 1. Ветвью назовем всякое максимальное по включению множество вершин В5 ={а! ,а52,...,а! |с Уи такое, что
еЯ„с = 1,0-1: (а,')ак)еЕи=>к = *е+,)л Л(^Ч еВ3,с = 2,ц: (а,,а! ^еЕи =>/ = лс_,|л л((а,с,а^)еЕи,с = 1,д-1).
Множество ветвей граф-схемы йи обозначим £>и = { В1,В2,...,ВТ }.
Определение 2. Ветви Ва, В р е Е>и назовем параллельными, если и только

Уа/еВа,а1; &Вра}соае.
Введем отображение Хи '-Уи -> М, устанавливающее распределение вершин ПарГСА между процессорными модулями, таким образом, чтобы выполнялось условие
Уа1,агеУи,а/о)аш-. (в/) ф Хи (ае).
В результате попарно параллельные вершины будут распределены в разные модули. При этом для ветвей данной программы можно получить отобра-