[第五章系统性能评价1.ppt

* 页跨划分边界：数据分布不好 P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 (a)二维数组 页没有跨划分边界 P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 (b)四维数组 ②例：偏微分方程空间局部性与存储分配粒度 ③使存储分配粒度和一致性粒度相对较大： 从分摊通信代价与硬件代价考虑的结果； 满足空间局部性随W和n变化的需求。 结果：不同存储层次的存储分配粒度不同； 一致性粒度一般不会很大，应与T附加权衡。 ④采用全相联映像解决部分冲突扑空： 全相联产生的代价远小于通信的代价。 * c.附加通信与固有通信之间的权衡 固有通信在任务划分阶段产生，其实现在协调阶段可能产生大量附加通信，两者间应在性能、代价方面充分权衡。 例：偏微分方程程序的域分解，究竟应采用块划分还是条划分？ 条划分：固有通信略大，附加通信小(代价随存储层次结构改善明显减小)； 块划分：固有通信略小，附加通信大(代价随存储层次结构改善不明显)。 测试结果：条划分性能优于块划分。 算法选择是附加通信与固有通信之间的权衡。 * （2）通信结构化来减少通信代价 a.通信结构性能参数： 通信模式、消息大小、通信突发程度、通信代价、通信与其他工作的重叠程度、通信模式与互连网络的匹配程度。 b.通信代价： c.通信结构化： 目标--减少通信量nc、降低通信开销m×t0、降低延迟m×tl、降低资源冲突m×tc、增加通信与其他工作的重叠toverlap。 实现—略(参见David E. Culler的《并行计算机体系结构》)。 * 4、协调的性能分析 （1）存储层次结构性能参数 容量、一致性粒度、关联度、存储分配粒度、层次管理方式等。 （2）数据局部性开发方法 时间局部性开发： 相同数据在同一进程，优先远程数据访问局部性开发，数据处理方法与存储层次结构特性相适应。 空间局部性开发： 同一PE的数据尽量靠近，大的传送粒度，充分利用存储层次结构的特性。 * （3）影响并行程序性能因素 T(n)=Tcomput+Tlocaldata+Tcomm+Tsynch+Tpara， Tcomm=T固有+T附加 影响Tcomput因素：分解算法、任务粒度、操作串行化程度、负载平衡与通信/同步代价的权衡(冗余计算)； 影响Tlocaldata因素：存储层次结构、数据局部性开发； 影响T固有因素：分解算法、任务粒度、负载平衡与通信代价的权衡(有利因素)、附加通信与固有通信的权衡； 影响T附加因素： 数据结构组织、数据局部性开发、传送粒度、存储层次结构、数据局部性与存储层次结构的相互作用、固有通信与附加通信的权衡； 影响Tsynch因素：负载平衡、同步处理机制性能及应用； 影响Tpara因素：并发管理方式及任务管理的额外工作。 * * 问题规模指问题的输入参数，如：N×N矩阵相乘的N 工作负载指问题规模的工作量，工作负载一般为问题规模的函数，如上例的工作量为N3 负载不平衡开销指并行算法中，不是所有P均进行运算时所带来的损失 工作集尺寸指程序运行时动态数据所需存储量 硬件参数、程序参数内部和之间的不匹配会影响系统性能。 (1)点到点的通信：Hockney[3]对于点到点的通信，给出了如下所示的通信开销t(m)的解析表达式，它是消息长度m（字节）的线性函数： t (m) = t0 + m / r∞ (2.15) 其中,t0是启动时间(μs)；r∞是渐近带宽(MB/S),表示传送无限长的消息时的通信速率。Hockney也同时引入了两个附加参数：半峰值长度m1/2(字节)，表示达到一半渐近带宽(即 )所需要的消息长度；特定性能π0(MB/S),表示短消息带宽。4个参数t0、r∞、 m1/2 和π0中只有两个是独立的,其它两个可使用如下关系式推导出： t0 = m1/2 / r∞ = 1/π0 (2.16) (2)整体通信：几种典型的整体通信有：①播送（Broadcasting）：处理器0发送m个字节给所有的n个处理器；②收集(Gather)