先鋒光纖通道交換網(wǎng)MPI通信庫的設(shè)計(jì)

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1、西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文先鋒光纖通道交換網(wǎng)MPI通信庫的設(shè)計(jì)姓名：鄭魁申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)教師：楊志義20070301摘要集群內(nèi)部節(jié)點(diǎn)間互聯(lián)通信技術(shù)對(duì)集群系統(tǒng)的并行計(jì)算效率、可擴(kuò)展性有著重要的影響。目前流行的高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有Myrinet、SCI等，但這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且價(jià)格十分昂貴。由鹺北工業(yè)大學(xué)康繼昌教授提出的“先鋒信令尋徑式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)“¨具有信道靈活、通信延遲小、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合用作集群系統(tǒng)的高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。本文研究基于先鋒光纖通道交換網(wǎng)的MPI并行通信庫。在美國阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的MPICH基礎(chǔ)上，結(jié)合先鋒光纖通道交換網(wǎng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于先鋒光纖通道交

2、換網(wǎng)絡(luò)的MPI并行通信庫(簡稱Fc—MPI)。針對(duì)傳統(tǒng)傳輸機(jī)制的不足提出了新的通信機(jī)制：當(dāng)數(shù)據(jù)量較小時(shí)采用傳統(tǒng)的內(nèi)核緩沖區(qū)通信方式；當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)利用“零拷貝”技術(shù)，使數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與用戶程序之間直接傳遞，消除了數(shù)據(jù)在用戶程序和內(nèi)核之間的拷貝；當(dāng)傳輸信令幀時(shí)通過“I／O域重映射”技術(shù)，由用戶程序直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基地址寄存器進(jìn)行讀寫，減少了頻繁陷入內(nèi)核帶來的開銷。為了使先鋒網(wǎng)應(yīng)用于中尺度大氣數(shù)值模擬，通過對(duì)國際上廣泛使用的中尺度數(shù)值氣象預(yù)報(bào)模式刪5的分析，設(shè)計(jì)了Fc_MPI的MPI層點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和群組通信接口。并給出了將刪5移植到先鋒光纖交換網(wǎng)絡(luò)并行通信環(huán)境的方法及要點(diǎn)。本論文的研究得到國家8

3、63計(jì)劃引導(dǎo)項(xiàng)目“中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)大規(guī)模并行計(jì)算高性能網(wǎng)絡(luò)開發(fā)”(2003從001018)的資助。于2006年8月通過了科技部驗(yàn)收，將應(yīng)用于浙江太極信息技術(shù)有限公司的“華云神箭高性能氣象數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)”中，為各級(jí)氣象部門提供準(zhǔn)確、高效的數(shù)值預(yù)報(bào)服務(wù)。關(guān)鍵詞：光纖通道，集群系統(tǒng)，零拷貝，并行計(jì)算西北工業(yè)大學(xué)業(yè)學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明書本人完全了解學(xué)校有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文．1．作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬于西北工業(yè)大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。本人允許論文被在閱和借閱。學(xué)?？梢詫⒈緦W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)于亍檢索，可以采用

4、影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。同時(shí)本人保證，畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的文章一律注明作者單位為西北T業(yè)火學(xué)．保密論文待解密后適用本聲明。．學(xué)讎文儲(chǔ)齠．蘭阻指導(dǎo)撕齜．吾生三鄉(xiāng)≮z卿年7月27日z護(hù)7年多月，哆日西北工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明秉承學(xué)f受嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究成果，不包含本人或其他已申請(qǐng)學(xué)侍或其他川途使Ⅲ過的成果。對(duì)本文的研究做出巫要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已任文中以明確方

5、式表明。本人學(xué){上論文與資料若有不實(shí)。愿意承擔(dān)～切相戈的法律責(zé)任。學(xué)伊論文作者簽名：二至臣盈卅可3月2；}-j西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論近年來，隨著高性能計(jì)算機(jī)逐漸成為通信業(yè)研究熱點(diǎn)，出現(xiàn)了一批為滿足快速數(shù)據(jù)通信需要的高速通信技術(shù)，同時(shí)通信性能的提高也推動(dòng)了在數(shù)據(jù)密集型和高速網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。光纖通道技術(shù)就是其中典型代表。光纖通道01是美國ANSI(Am謝c蠲Nati伽IalSt觚da】mhlstitIlte)開發(fā)的一套標(biāo)準(zhǔn)的總稱，用于實(shí)現(xiàn)工作站、主機(jī)、超級(jí)計(jì)算機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備、顯示設(shè)備以及其它外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。它具有低延遲、高帶寬、高可靠性、傳輸速度快、抗電磁干擾等特點(diǎn)。

6、然而，隨著微機(jī)、工作站性能的不斷提高。集群內(nèi)部節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)通信越來越成為集群系統(tǒng)的瓶頸。為此，本課題通過對(duì)先鋒光纖通道交換網(wǎng)MPI通信庫的研究與設(shè)計(jì)，可望充分發(fā)揮先鋒網(wǎng)信道靈活、通信延遲小、效率高、可靠性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，為并行用戶提供一種高性能、高可用的集群通信網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)集群系統(tǒng)的應(yīng)用。1．1課題背景及研究現(xiàn)狀1．1．1課題來源及目的我國是一個(gè)自然災(zāi)害嚴(yán)重的國家，其中天氣災(zāi)害約占70％以上，每年造成的損失高達(dá)數(shù)百億元。由于造成重要災(zāi)害性天氣的多為時(shí)空尺度較小的天氣系統(tǒng)，要對(duì)其進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，需要采用較高的模式分辨率，并需考慮影響其演變的各種復(fù)雜的物理過程，這就對(duì)計(jì)算速度提出了很高的要求。本

7、課題得到國家863計(jì)劃引導(dǎo)項(xiàng)目“中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)大規(guī)模并行計(jì)算高性能網(wǎng)絡(luò)開發(fā)”(2003AA001018)的資助。并得到浙江太極信息技術(shù)研究院的支持，擬達(dá)到的目標(biāo)是在已有中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，研究能滿足國家氣象局“氣象事業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2001—2015)”要求的中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)應(yīng)用的大規(guī)模并行計(jì)算?高性能網(wǎng)絡(luò)。本論文具體研究先鋒光纖通道交換網(wǎng)MPI。1通信庫的設(shè)計(jì)，為并行用戶提供一種高性能、高可用的集