多处理机系统的微任务并行.pdfVIP

国 防 科 技 大 学 学 报 JOURNAL OF NA TIONAL UNIVERSITY OF DEFENSE TECHNOLOGY 举 l3卷第 4期 1991年 l2月 多 处 理 机 系 统 的 微 任 务 并 行 沈志宇 廖湘科 (电子计算机系) 摘 要 本文讨论徽任务技术及其在多机系统上的实现。徽任务技术使得一 个程序瞻在循环和语句块一级并行执行，它的显著特点是系统开销较小、效率 较高 ，适应于小粒衰并行． 关■调 多处理机系统，多任务，徽任务 ，控翻结构 ，疆处理 分类号 IP311 采用多处理机系统结构是超级计算机发展的趋势。多机系统给软件工作者提出了许 多新的研究课题 ，解决好这些课题是充分发挥多机系统性能的关键 。多任务技术就是一 个重要的课题 。多任务 (Multitasking)是一种在用户作业地址空间内创建多个非同步的任 务 ．使得一个作业的多个部分能在多处理机系统上并行执行的技术。多任务技术有两种 基本的实现方法 }宏任务 (Macrotasking)方法和截任务 (mi~otasklng)方法。宏任务实现 的是子程序一级的并行 ，即大粒度并行。它是 由用户将一个程序划分成可以并行执行的 多个部分后 ，在源程序 中加入对宏任务库子程序的调用来实现的。宏任务库是一组供用 户在语言一级调用的子程序，它提供了并行实体的创建、同步 、互斥等功能 ，用户使用 它来组织 自己的并行任务E。 微任务实现的是循环和语句块一级的并行，即小粒度并行 它是 由用户识别出程序 中的并行结构后，在源程序 中加入微任务预处理嚣指令来实现的。预处理器指令取FOR— TRAN程序的注解行的形式。预处理器在编译之前将它们转换成对截任务库子程序的调 用 ，并对程序作适当改写。微任务库 由一组实现多处理机的调度、同步、互斥等功能的 子程序构成。 美国CRAY公司于 1985年底在 CRAYX—MP系统上实现了徽任务 ，目前各类CRAY 多机系统都支持微任务。这几年来，美国的AffrontFx系列、Sequent、VAX6000系列、日 本的SX一3等都先后实现了微任务。我们对这项技术的研究也已经取褥了较好的进展。本 文讨论徽任务技术的基本概念、功能特性及其在共享存储器多处理机系统上的实现。 - 199D年 5月 18 日收稿 15 1 微任务技术概述 微任务技术 的实现是 由微任务预处理器和微任务库来完成 的。用户用预处理器来处 理插入了预处理器指令的微任务化程序 预处理器将指令转换成对微任务霹予程序的调 用 ，并根据微任务化的要求对用户程序作适当的改写。预处理后的微任务化程序可以同 FORTP．AN程序一样，由编译程序进行编泽。装配程序将用户程序的半 目标代码和有关微 任务库子程序的半 目标代码装配在一起。用户程序运行时，被调用的微任务库子程序将 完成处理机的调度、同步、互斥等功能 ，实现用户程序的并行执行。 介绍几个基本概念 。 (1)共享变量与私有变量 ：在微任务技术中，变量分为共享的和私有的。共享变量是 出现在 COMMON、SAVE、DATA语句及子程序调用参数表 中的变量，它们为执行该程序 的所有处理机所共享 (有相 同的存储单元)。其余的变量则为私有变量，对执行该程序的 每个处理机，它们有不同的存储单元 ，分配在各个处理机的栈 中，即每个处理机有它 自 己的私有变量副本。 (2)控制结构 ：控制结构是微任务描述并行的唯一手段，由一个或多个可并行执行的 进程组成。控制结构给所有进入该结构的处理机分配工作}在该结构 内的所有工作完成 以前，禁止任何处理机离开该结构 {在该结构内的所有工作完成之后 ，禁止任何处理机 再进入该结构。用户使用微任务预处理器指令来定义控制结构。 (3)进程 ：一个进程仅由一个处理机来执行。进程是为处理机分配工作的单位 。在一 个控制结构中的多个进程可 由多个处理机并行执行。 (4)微任务化子程序 ：一个微任务化子程