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国防科学技术大学 硕士学位论文 Trace驱动并行模拟中的性能优化技术研究 姓名：方建滨 申请学位级别：硕士 专业：计算机科学与技术 指导教师：王正华 20091101 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 摘要 并行模拟是一种利用并行宿主机平台将模拟任务并行化从而加速性能模拟的 技术，能够较好地满足对大规模计算机系统模拟所需的计算与存储资源随着未 来并行计算机系统和应用的规模、复杂性等的急剧增加，并行模拟本身的效率也 迫切需要提高 ’ 本文围绕提高计算机体系结构并行模拟效率这一主题，对T r a c e 驱动并行模拟 中逻辑进程的映射与同步技术做了深入分析研究，取得了一些创新性成果主要 贡献和创新工作包括以下几个方面： ( 1 ) 深入分析了并行模拟框架P O S E ，重点研究了其中的映射策略和同步策 略对不同的策略采用不同的基准程序进行深入的分析和大量的对比测试，得到 一些具有启发式意义的结论，可为并行模拟中映射与同步技术的优化提供参考 ( 2 ) 逻辑进程到物理进程的映射对并行性能模拟的开销影响很大，尤其是 对大规模目标并行系统和应用的并行性能模拟针对T r a c e 驱动的并行性能模拟， 本文提出了T r a c e 信息指导的通信最小化映射方法M i n i C o m ，利用从T r a c e 中提取 的目标应用程序的通信信息，以物理进程间通信最小化为目标，兼顾负载均衡， 生成逻辑进程到物理进程的映射。

测试结果表明，相对于块映射和循环映射方式， M i n i C o m 可提高并行模拟性能最多达1 4 ．7 ％ ( 3 ) 针对有规则交互应用程序并行性能模拟中逻辑进程到物理进程的映射 问题，在M i n i C o m 基础之上提出了A 2 ．L P 3 M 方法，根据不同的宿主机规模、不同 的目标机规模、不同的目标应用参数设置，从所有循环块映射中选取通信最小化 的映射方式实验表明，相对于常见映射方法A 2 ．L P 3 M 提高了映射方法的可扩展 性并最多可使并行模拟器性能提高达1 6 ．2 ％ ( 4 ) 针对S M P 集群宿主机平台上的并行性能模拟中逻辑进程到物理进程的 映射问题，在M i n i C o m 基础上提出了T P s m p ．L P 3 M 方法，能够利用从T r a c e 中提 取的逻辑进程间的通信信息和S M P 集群的拓扑信息找到高效的映射方法实验表 明，T P s m p ．L P 3 M 可以提高模拟性能达2 0 ．2 ％ ( 5 ) 针对现有自适应乐观同步策略中存在的调整滞后问题，提出了基于事 件触发度的实时自适应同步算法，能够同时利用的历史统计信息和从T r a c e 文件中 提取的关于事件触发度的信息，使得关键事件得到及时调度，从而减少模拟时间。

实验表明，该同步算法可提高模拟性能最多达1 4 ．2 ％ ( 6 )在模拟时间窗口经过精心修正后，固定时间窗口乐观同步策略能够取 得比自适应乐观策略更好的模拟性能，特别是对于迭代并行应用基于此，提出 了一种适合于迭代应用模拟的混合同步策略，即采用自适应同步策略调整窗口到 第i 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 慈琵形添_ 再莱用固定眄词窗口同步策略执行后续模拟，该方法能够汲取两类方 法的优点，可提高并行模拟性能最多达1 8 ．3 ％ 主题词：并行性能模拟，T r a c e 驱动模拟，同步策略，映射策略，通信最小化， 事件触发度 第i i 页 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 A B S T R A C T P a r a l l e ls i m u l a t i o ni sa l li m p o r t a n tt e c h n i q u et os p e e d u ps i m u l a t i o n ，w h i c hm a k e s f u l lU S eo fp a r a l l e lh o s tm a c h i n e st op a r a l l e l i z et a s k sa n dt h u sa c c e l e r a t e ss i m u l a t i o n ． n 啪u g hp a r a l l e ls i m u l a t i o n ，t h ed e m a n df o rc o m p u t i n ga n dm e m o r yr e s o u r c e sc a nb e b e R e rs a t i s f i e dw h e ns i m u l a t i n gl a r g e s c a l ec o m p u t e rs y s t e m s ．W i t ht h ei n c r e a s i n g c o m p l e x i t yo ft a r g e tc o m p u t e rs y s t e m sa n dt a r g e ta p p l i c a t i o n s ，t h ee f f i c i e n c yo fp a r a l l e l s i m u l a t i o nn e e d si m p r o v i n gu r g e n t l y ． A i m i n ga tb o o s t i n gt h ee f f i c i e n c yo fp a r a l l e ls i m u l a t i o n , w er e s e a r c hO i lt h ek e y t e c h n i q u e so ft r a c e - d r i v e np a r a l l e ls i m u l a t i o n ，i n c l u d i n gt h em a p p i n go fl o g i c a l p r o c e s s e st Op h y s i c a lp r o c e s s e sa n ds y n c h r o n i z a t i o ns t r a t e g i e s ．M a i nc o n t r i b u t i o n sa r e l i s t e da sf o l l o w s ． F i r s t l y ，w ea n a l y z ea l lo b j e c t - o r i e n t e dt y p i c a lp a r a l l e ls i m u l a t i o ne n v i r o n m e n t - P O S E ，f o c u s i n go ni t sm a p p i n ga n ds y n c h r o n i z a t i o ns t r a t e g i e s ，b ym a k i n gp l e n t yo f a n a l y s i sa n dd o i n gl o t so ft e s t sf o rd i f f e r e n tb e n c h m a r k s ．S o m eh e u r i s t i cc o n c l u s i o n s ， w h i c hc a np r o v i d eu s e f u lr e f e r e n c e sf o rt h e o p t i m i z a t i o n o fm a p p i n ga n d s y n c h r o n i z a t i o ni np a r a l l e ls i m u l a t i o n , h a v eb e e nr e a c h e d ． S e c o n d l y ，m a p p i n gs t r a t e g i e sf r o ml o g i c a lp r o c e s s e st op h y s i c a lp r o c e s s e sa r eo f g r e a ti m p o r t a n c et ot h ep e r f o r m a n c eo fp a r a l l e ls i m u l a t i o n , e s p e c i a l l yf o rl a r g es c a l eo f t a r g e ts y s t e m sa n da p p l i c a t i o n s ．A i m i n ga tm i n i m i z i n gt h en u m b e ro fc o m m u n i c a t i o n b e t w e e np h y s i c a lp r o c e s s e sa n db a l a n c i n gl o a d s ，w ed e v e l o pat r a c e - g u i d e dm a p p i n g m e t h o dc a l l e dM i n i C o mw h i c hc a r lg e n e r a t em a p p i n gb ye x t r a c t i n gt h ec o m m u n i c a t i o n i n f o r m a t i o no ft a r g e ta p p l i c a t i o n s ．E x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tM i n i C o mC a nb o o t p e r f o r m a n c eb y u pt o14 ．7 ％，c o m p a r e dw i t hc o m m o nm a p p i n gm e t h o d s ． T h i r d l y ，w ep r o p o s ea n o t h e rM i n i C o mb a s e dm a p p i n gm e t h o dc a l l e dA 2 一L P j Mt o s o l v em a p p i n g sp r o b l e mi nt h ep a r a l l e ls i m u l a t i o no ft a r g e ta p p l i c a t i o n sw i t hr e g u l a r c o m m u n i c a t i o np a t t e r n s ．I ts e l e c t st h em a p p i n gw i t hm i n i m a lc o m m u n i c a t i o nf r o ma l l b l o c k c y c l i cm a p p i n gs t r a t e g i e sa c c o r d i n gt ot h en u m b e ro fh o s ta n dt a r g e tm a c h i n e s a n dt h es e t t i n g so ft a r g e ta p p l i c a t i o n s ．S i m u l a t i o np e r f o r m a n c eC a l lb ei m p r o v e db y 1 6 ．2 ％a tm o s t ． F o u r t h l y ，f o rt h eh o s tp l a t f o r mo fS M Pc l u s t e r ，a n o v e lm e t h o dn a m e d T P s m p ．L P 。