技術領域

本發明涉及并行計算機互連網絡的Barrier操作設計領域，具體涉及一種基于觸發操作的Barrier操作性能分析方法。

背景技術

近年來，隨著高性能計算技術的發展，并行計算機的系統規模不斷擴大。面向高性能并行計算機，廠商和科研機構開始研究更快并且功能更加強大的互連網絡。一方面，網絡的帶寬逐漸增大、延遲逐漸降低；另一方面，操作系統和其上應用軟件使用互連網絡的軟件開銷占用網絡通信的時間比例逐漸增大。

然而隨著并行程序的并行度的擴張，聚合操作占用程序執行時間的比例逐漸增大，為提高并行程序的執行效率，需要迫切提高聚合操作的執行效率。消息傳遞編程接口標準3(Message?Passing?Interface?3，簡稱MPI-3)定義了多種聚合操作類型，例如：柵欄同步(Barrier)、廣播(Bcast)和規約(Reduce)等。其中Barrier操作(柵欄同步操作)對延遲最為敏感。對于Barrier操作而言，柵欄同步的語義是一個進程集合的所有進程都進入柵欄同步操作后，該進程集合中的進程才可以退出柵欄同步操作。

為了更加高效的支持MPI-3所定義的聚合通信操作，目前已經有多種高性能計算機所使用的互連網絡設計了專門部件來加速聚合通信操作。例如IBM公司的藍色基因系列并行計算機、Cray公司的XT和XC系列并行計算機、國防科學技術大學研制的天河系列并行計算機。其中，天河系列并行計算機在其互聯網絡中嵌入了基于觸發操作的自動執行機制。

基于觸發操作的聚合通信自動執行機制由論文“Fast?NIC-based?Barrier?over?Myrinet/GM(2001)”和“Broadcast/multicast?over?Myrinet?using?NIC-assisted?multidestination?messages(2000)”首先針對Myrinet互聯網絡而提出，其基本思想是在互聯網絡接口卡(Network?Interface?Card，簡稱NIC)中加入根據收到的網絡報文而自動執行的功能。根據此功能，一個“父親”節點可以把一個報文發給“兒子”節點，“兒子”節點的NIC收到該報文的同時會自動的把該報文發送給“孫子”節點。這樣，“兒子”節點把報文發送給“孫子”節點的動作就不是由“兒子”節點的處理器主動發起執行，從而降低了集合操作的等待延遲，提高了集合操作的性能。

美國專利文獻US8122228B2“BROADCASTING?COLLECTIVE?OPERATION?CONTRIBUTIONS?THROUGHPUT?A?PARALLEL?COMPUTER”針對IBM公司的藍色基因系列并行計算機的互聯網絡，使用其“Collective?Operation?Network”(在NIC上集成的一種具有基于觸發操作的聚合通信自動執行部件)，針對特殊的互聯網絡拓撲，優化數據傳輸型集合操作的方法。但是，該專利文獻沒有給出基于觸發操作的聚合通信的性能分析方法，導致該專利的優化方法無法獲取聚合通信操作的最小執行時間。

綜上所述，當前的專利與文獻中未見高性能并行計算機的互聯網絡中，基于觸發操作的Barrier聚合通信的性能分析方法的相關報道，在高性能計算機互聯網絡設計、并行程序性能分析、高性能計算機系統性能評估領域中，迫切需要一種基于觸發操作的Barrier聚合通信的性能分析方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對現有技術的上述技術問題，提供一種能夠在不需要在并行計算機上運行Barrier算法的情況下估算出該Barrier算法的性能，Barrier算法設計和測試的復雜度低、Barrier算法運行測試機時少，能夠用于指導并行計算機通信網絡拓撲設計、Barrier通信算法設計、并行程序性能優化以及高性能計算機系統性能評估等重要領域的基于觸發操作的Barrier操作性能分析方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種基于觸發操作的Barrier操作性能分析方法，其實施步驟如下：

1)根據執行Barrier操作的進程集合中所有進程的數據傳輸關系生成觸發操作拓撲樹，所述觸發操作拓撲樹中每一個節點為一個計算節點，且每一個計算節點均有一個全局唯一的數字編號，該數字編號表示所述計算節點對應進程的進程順序號；

2)將Barrier操作以進程為單位采用指令流的方式描述為原語序列；

3)分析觸發操作的自動執行部件的數據通信開銷，所述數據通信開銷包括發送開銷、傳輸開銷和接收開銷；