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《国防科学技术大学》 2007年
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面向高性能计算的性能评价模型技术研究

陈永然  
【摘要】: 作为解决大规模计算问题的重要手段,高性能计算被越来越广泛地应用到科学与工程的各个领域。随着高性能计算的发展,高性能计算机规模的不断扩大,系统峰值性能得到迅速的提高。但是,应用程序获得的持续性能并未与峰值性能保持相同的增长速度,它们之间的差距越来越大。如何发现系统瓶颈,优化系统设计,提高系统持续性能是高性能计算研究领域中亟待解决的重点和难点问题。高性能计算中的性能评价技术是解决此类问题的一个有效途径和方法。 由于机器体系结构和程序结构日益复杂,影响程序性能的因素越来越多,同时各种因素之间还存在着复杂的、非线性的交互作用,使面向高性能计算的性能评价面临着巨大的挑战。传统的性能评价方法由于自身特点已经不能满足这些复杂的大规模并行系统性能评价的需要,一种结合应用负载特征和机器体系结构特点的性能模型方法得到学术界和工业界的高度关注。这种方法独立分析应用的负载特征和机器的性能轮廓,并通过数学方法结合这两类参数评价系统的性能。本文围绕着“准确评价并行系统性能”这一根本目标,对高性能计算中的性能评价模型结构框架及其关键实现技术展开深入的研究。 论文首先深入分析了国际上并行系统性能评价技术的研究现状和热点方法,重点研究了对并行系统性能评价有重要影响的研究项目,总结了它们的特点和不足。 综合分析影响并行系统性能的众多复杂因素,针对一维空间性能度量尺度的不足,论文在多维空间上提出了并行系统性能度量体系,定义了基本性能指标AIM、SPF和SPMAO,给出了这些基本指标之间的距离和相似性关系,阐述了度量体系在并行系统性能分析中的作用。多维空间上的性能度量体系奠定了并行系统性能评价的基础,建立了实际并行系统到抽象数学空间的映射。 论文分析了目前大部分并行系统性能评价模型特点,提出了一个并行系统性能模型框架PMPS(Performance Model of Parallel Systems)。该模型采用局部与整体相结合的层次式褶合方法,具有良好的可扩展性和开放性。 为降低性能指标的维数,减少PMPS模型分析的复杂度。论文研究了处理器节点关键性能因素的提取技术,提出了一个有效的DoubleP方法。该方法将众多复杂的性能因素聚焦到几个性能主成份上,明确了分析的对象。通过DoubleP方法的分析,提取了14个影响处理器节点性能的关键因素和4个性能主成份。 程序性能特征分析方法是PMPS模型中实现应用负载特征分析的主要手段,也是并行系统性能模型研究的难点问题之一。为实现程序性能特征的快速分析,论文提出了基于抽样的程序性能特征分析方法。与其它方法相比较,该方法在相同误差条件下有效减少了分析的指令数量,仅需抽样分析1%~3%的程序指令就能实现小于3%的分析误差。论文基于抽样方法实现了的程序性能特征分析器SamplePro。 处理器节点性能模型是PMPS模型的重要组成。论文提出了一种基于多元线性回归的处理器节点性能求解方法和表示模型。该方法将性能因素和它们间的相关性转变成相互独立的一次预报变量,通过求解回归系数确定了程序中复杂的重叠操作时间和不同操作类型的权重。使用该方法构建的性能模型更加准确,误差分布均匀,不受处理器类型和负载特征的影响。 通过本文的研究,实现了具有良好可扩展性和开放性的PMPS性能模型。该模型能准确评价各种并行应用在并行机器上的性能,可以有效发现并行系统的性能瓶颈,指导并行系统的设计、优化与升级。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP338

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 伍湘君;GRAPES高分辨率气象数值预报模式并行计算关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
2 胡悦;并行计算时间与存储空间关系研究[D];上海大学;2011年
3 成斌;基于TCPN模型的并行系统性能分析方法研究[D];上海大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 李铮;基于Linux的小型高性能集群的研究和优化[D];上海交通大学;2012年
2 刘琪骁;可调频率的微处理器性能预测模型研究与实现[D];东北大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 陈剑龙,傅忠传,崔刚;SimpleScalar模拟器内核分析及应用[J];哈尔滨工业大学学报;2004年05期
2 秦杰;赵淑梅;杨树强;窦文华;;基于XML的Web数据模型[J];计算机科学;2006年07期
3 迟利华,刘杰,胡庆丰,李晓梅;基于并行Benchmark的高性能机实用测试与评价方法[J];计算机工程与科学;2004年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前9条
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3 葛虹;黄祎;逢守艳;;多产出下的随机生产前沿与典型技术效率[A];中国企业运筹学[2011(1)][C];2011年
4 胡社教;陈航宇;潘宗岭;;基于ADE7169F16的仿真器设计[A];中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集[C];2007年
5 沈越泓;李兴国;娄国伟;;新型FSK相干解调器[A];1999年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];1999年
6 蒋明媚;王毓钊;罗宝信;;秦岭太白盆地第四纪孢粉组合的多元统计分析[A];中国地质科学院天津地质矿产研究所文集(13)[C];1986年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张目;高技术企业信用风险影响因素及评价方法研究[D];电子科技大学;2010年
2 徐光瑞;我国高技术产业竞争力研究[D];吉林大学;2011年
3 夏萍;灾害应急物流中基于需求分析的应急物资分配问题研究[D];北京交通大学;2010年
4 张建华;适用于连续域多变量耦合问题的分布估计算法研究[D];兰州理工大学;2010年
5 徐文科;基于微分方程的生态数学模型统计分析[D];东北林业大学;2009年
6 赵志刚;动态测量不确定度理论的拓展及其应用研究[D];清华大学;2009年
7 王之元;并行计算可扩展性分析与优化[D];国防科学技术大学;2011年
8 龚春叶;面向异构体系结构的粒子输运并行算法研究[D];国防科学技术大学;2011年
9 胡悦;并行计算时间与存储空间关系研究[D];上海大学;2011年
10 李楠;我国通货膨胀过程的形成机理分析与传导机制检验[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘倩;关于构建上海市商业性体育赛事市场景气指标体系的研究[D];上海体育学院;2010年
2 陈军;测量不确定度在基础实验中的应用研究[D];山东农业大学;2010年
3 刘浦孝;山东沙质海岸防护林主要树种适应性评价[D];山东农业大学;2010年
4 焦平;基于数据重用机制的超标量处理器分支预测研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 裴保梅;基于物理特征的二维流场的并行拓扑结构分析[D];中国海洋大学;2010年
6 王华芳;小麦新鲜度判别技术的研究[D];河南工业大学;2010年
7 胡章刚;线性回归诊断若干问题研究[D];武汉科技大学;2010年
8 丁倩;基于灰色理论和多元线性回归分析的房地产预测模型及其实证分析[D];昆明理工大学;2009年
9 刘红英;关于多目标分层抽样方法及其应用研究[D];西安财经学院;2010年
10 李莺莺;基于智能算法的涤纶长丝运行优化研究[D];东华大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曾庆存;我国大气动力学和数值天气预报研究工作的进展[J];大气科学;1979年03期
2 陶诗言,赵思雄,周晓平,纪立人,孙淑清,高守亭,张庆云;天气学和天气预报的研究进展[J];大气科学;2003年04期
3 穆穆,季仲贞,王斌,李扬;地球流体力学的研究与进展[J];大气科学;2003年04期
4 左瑞亭,张铭,张东凌,王爱慧,曾庆存;21层大气环流模式IAP AGCM-III的设计及气候数值模拟I.动力框架[J];大气科学;2004年05期
5 纪立人,陈嘉滨,张道民,汪厚君;数值预报模式动力框架发展的若干问题综述[J];大气科学;2005年01期
6 张贺;林朝晖;曾庆存;;IAP AGCM-4动力框架的积分方案及模式检验[J];大气科学;2009年06期
7 周秀骥,吴国雄,郑国光,符淙斌,徐祥德;中国气象科学技术发展战略研究[J];地球科学进展;2005年03期
8 宋亚辉;胡红革;李在铭;;一种混和Petri网结构分析方法[J];电子测量与仪器学报;2005年03期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王业桂;宋君强;;全球中期数值天气预报模式的并行计算[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴建平;稀疏线性代数方程组迭代法中的预处理技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 张理论;面向气象预报数值模式的高效并行计算研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
3 陈永健;OpenMP编译与优化技术研究[D];清华大学;2004年
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6 张福新;微处理器性能分析与优化[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2005年
7 马可;微处理器性能分析模型的建立和研究[D];中国科学技术大学;2007年
8 胡江林;高分辨率数值模式气压梯度力算法研究[D];南京信息工程大学;2007年
9 张卫民;气象资料变分同化的研究与并行计算实现[D];国防科学技术大学;2005年
10 赵军;数值天气预报资料同化关键技术及并行计算研究[D];国防科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王亭亭;基于OpenMP和MPI的并行算法研究[D];吉林大学;2011年
2 陈科;基于高性能计算机的并行计算研究[D];大连理工大学;2011年
3 张治宏;基于MPI的并行计算研究[D];中国地质大学(北京);2006年
4 霍旭光;基于MPI高性能计算方法的研究[D];中国地质大学(北京);2006年
5 张文力;基于SMP的线程轻化相关研究[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2005年
6 王勇超;高性能计算集群技术应用研究[D];西安理工大学;2007年
7 李永旭;基于MPI标准的并行计算平台的设计与实现[D];东北师范大学;2007年
8 程海鹏;基于多核处理器的可扩放包分类算法研究[D];中国科学技术大学;2009年
9 李强;32位图像向量处理器关键技术研究与设计[D];大连理工大学;2009年
10 周灿;基于MPI的矩阵运算并行算法研究[D];重庆大学;2010年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 权海平;基于Linux的小型集群的研究与实现[D];南京邮电大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 迟利华,刘杰,李晓梅,胡庆丰;并行算法与并行机相结合的可扩展性[J];计算机研究与发展;1999年01期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高贵富,薛伟;计算机局部网络系统的选型原则指标体系及定量评价方法[J];微型机与应用;1993年08期
2 何鸣;李国正;袁捷;吴耿锋;;基于主成份分析的Bagging集成学习方法[J];上海大学学报(自然科学版);2006年04期
3 王坤,潘继农,张鹏,郭云飞;基于主成份分析的异常检测方法研究[J];信息工程大学学报;2004年03期
4 朱永宣;单莘;郭军;;入侵检测系统中基于主成份分析特征提取研究[J];微电子学与计算机;2006年07期
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7 侯珊珊;;基于PCA和CBR的医学诊断专家系统[J];电子科技;2011年07期
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10 王磊;梁毅;;基于Domino邮件服务器的性能建模[J];计算机科学;2005年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 孟超;秦俊;胡永红;;单株截顶香樟树冠生物量及其分配格局[A];中国观赏园艺研究进展(2010)[C];2010年
3 蔡成静;王海光;安虎;史延春;黄文江;马占鸿;;小麦条锈病高光谱遥感监测技术研究[A];中国植物病理学第七届青年学术讨论会论文集[C];2005年
4 王继民;彭波;孟涛;;基于搜索引擎日志发现相近Web查询[A];2005年信息与通信领域博士后学术会议论文集[C];2005年
5 武锡环;朱珊珊;;影响学生数学成绩的人格因素[A];全国高师会数学教育研究会2006年学术年会论文集[C];2006年
6 王雪荣;董威;;中国上市公司机构投资者对公司绩效影响的实证分析新论[A];第三届(2008)中国管理学年会论文集[C];2008年
7 杨杰;陈平志;陈尧隆;;库区滑坡体变形监测与安全性态分析评价[A];中国岩石力学与工程实例第一届学术会议论文集[C];2007年
8 钱仲威;;1990~2000年中国粮食产量预测[A];管理科学与系统科学进展——全国青年管理科学与系统科学论文集(第4卷)[C];1997年
9 刘跃;张道伟;;重庆市信息化与电子商务发展水平的实证研究[A];信息经济学与电子商务:第十三届中国信息经济学会学术年会论文集[C];2008年
10 赵忠盖;刘飞;;一种基于因子回归模型的软测量方法[A];2009中国过程系统工程年会暨中国mes年会论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 吴一福;我国建成人动脉血pH值与地理因素回归模型[N];中国医药报;2007年
3 徐虞利;籽棉采摘结束 棉价继续回升[N];上海证券报;2007年
4 国家发展和改革委员会经贸司;购销进度加快 棉价稳中有升[N];中国纺织报;2007年
5 记者 沈强;3月份我国纺织品出口明显回落[N];中国经济导报;2007年
6 记者  曲德辉;1月份国内棉花价格上涨[N];期货日报;2007年
7 记者  任春;国内棉花现货价格继续上涨[N];中国改革报;2007年
8 本报记者 任春;国内棉花现货价格小幅上涨[N];中国改革报;2007年
9 ;现货价格上涨 销售进度加快[N];中华合作时报;2007年
10 王晓欣;我国棉花购销进度加快[N];金融时报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈永然;面向高性能计算的性能评价模型技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
2 孟瑞锋;基于不同超声信号变换的食品溶液浓度检测研究[D];浙江大学;2012年
3 付光辉;高维的强相关数据的模型选择[D];中南大学;2011年
4 徐涛;零频数过多资料的统计学模型应用研究[D];北京协和医学院;2011年
5 程靖;随机系数回归模型的最优设计[D];上海师范大学;2010年
6 李锋;非参和半参回归模型的稳健和截面推断[D];山东大学;2010年
7 谢海芬;基于纳米分子筛和碳黑聚合物敏感膜的气敏传感器研究[D];复旦大学;2005年
8 王晓蕊;红外焦平面成像系统建模及TOD性能表征方法研究[D];西安电子科技大学;2005年
9 万立军;后工业化时期矿业资源城市主导产业选择研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 马云艳;相依数据下协变量调整回归模型及其在金融时间序列中的应用[D];山东大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 关继成;我国商业银行竞争能力因素分析[D];对外经济贸易大学;2006年
2 王钏;城市品牌定位研究[D];上海财经大学;2005年
3 乔艳艳;我国制造业上市公司财务困境预测的研究[D];河南大学;2007年
4 王桂平;东西部城乡一体化水平比较研究[D];西北大学;2008年
5 王永辉;基于Gabor小波变换与支持向量机的人脸识别研究[D];大连理工大学;2006年
6 程勇;人脸自动识别系统的研究[D];南京气象学院;2004年
7 徐红;提升合肥市医药制造业竞争力研究[D];合肥工业大学;2007年
8 顾宗武;安徽省区域经济差异研究[D];同济大学;2008年
9 曹德平;基于支持向量机的彩色人脸检测技术[D];华侨大学;2005年
10 赵小勇;银川市城市综合竞争力研究[D];宁夏大学;2005年
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