基于MPI的并行I/O方法

基于MPI-2规范的并行I/O方法,以并行矩阵乘法问题为例,比较了并行I/O和串行I/O的性能,给出了并行I/O方法的应用实例。     

使用MPI的并行I/O实现及性能分析

论文讨论了并行环境中I/O的基本方法——串行I/O方法和并行I/O方法,并使用MPI-1及MPI-2对这两种方法进行了实现。分析了不同的实现方法对I/O带宽产生的影响。通过理论分析和实验表明,基于MPI-2的并行I/O实现方法与其它I/O实现方法相比,可得到更高的I/O带宽,是解决I/O性能问题的有效途径。     

基于Linux的SMP机群环境中并行I/O模型研究

提出了一个基于数据通路的波浪推进式并行I/O模型框架,并在基于Linux的SMP机群系统中,根据波浪推进式并行I/O模型框架对各个数据通路进行建模,具体分析了这个波浪推进式并行I/O模型,从思路上解决了刻画并行I/O性能的并行I/O模型问题。     

科学计算双路并行I/O优化方法

科学计算数据集由数据和元数据组成.一般条件下,数据的尺寸较大,元数据尺寸较小.传统的高性能计算机并行文件系统可以高效率地读写大块连续数据,但是无法高效率地读写大量较小块的元数据.一旦大块数据和小块元数据两类读写特征混杂在一起,元数据将较严重地干扰并行I/O,造成性能的下降.为此,文中提出数据与元数据分治的双路并行I/O方法.该方法在高层I/O库中建立内存文件系统与并行文件系统两级存储,在存储资源之间并行迁移科学计算元数据.一方面降低较频繁读写元数据的I/O延迟,另一方面改变科学计算数据的存储特征与存储模式,从而提高科学计算应用、尤其是数据分析与可视化等读入密集型应用的I/O效率.测试表明,双路并行I/o方法可提高写性能8％～13％,提高读性能89％到1.01倍.     

基于HDF5的结构网格计算流体动力学程序并行I/O技术

大规模计算流体动力学(CFD)计算对数据I/O能力提出了很高需求。层次式文件格式(HDF5)可有效管理大规模科学数据,并对并行I/O具有良好的支持。针对结构网格CFD并行程序,设计了其数据文件的HDF5存储模式,并基于HDF5并行I/O编程接口实现了其数据文件的并行I/O,在并行计算机系统上进行了性能测试与分析。结果表明,在使用4~32个进程时,基于HDF5并行I/O方式的写文件性能比每进程独立写普通文件的方式高6.9~16.1倍;基于HDF5并行I/O方式的读文件性能不及后者,为后者的20%~70%,但是读文件的时间开销远小于写文件的时间开销,因此对总体性能的影响较小。     

多模式并行I/O测试程序Jetter的研究与实现

并行I/O系统有多种存取模式,它们有各自的存取特点和适用范围。为了获得不同模式下的系统性能,并行I/O测试中往往要综合使用多种微测试程序。这不仅要求用户深入了解并行I/O的特点,而且要求他们熟悉各种并行I/O微测试程序的输入与输出。提出并实现了一个并行I/O测试Jetter,它从接口类型、存取模式和进程－文件关系的角度划分了并行I/O接口,不仅能够测试I/O系统在上述模式下的性能,而且简化了测试工作。实际应用Jetter表明,并行I/O系统对不同模式的支持效果不同,最高差异可以达到两个数量级以上,这些测试结论有助于用户开发高质量的并行程序。     

基于HD F5实现多区结构网格CFD程序的并行I/O

计算流体动力学（computational fluid dynamics ,CFD）是高性能计算重要应用领域之一,其计算涉及大量数据访问．在大规模并行计算情况下,串行I/O的性能与计算能力不匹配,I/O成为性能瓶颈．并行I/O 是解决这一问题的主要途径之一．针对一个真实多区结构网格CFD 并行程序 HOSTA （high‐order simulator for aerodynamics）,基于HDF5（hierarchical data format v5）数据存储格式及其并行I/O编程接口,实现了其主要数据的并行I/O．在一套有6个I/O服务器结点的高性能计算机系统上,采用实际C FD算例进行了性能测试．对一个三角翼算例,并行I/O相对于串行I/O的性能加速比达到21．27,最高获得5．81 GBps的I/O吞吐率,并使程序整体性能提高10％以上;对一个网格规模更大的简单翼型算例,并行I/O最高获得了6．72 GBps的I/O吞吐率．     

I/O受限的并行加速比模型与可扩展I/O体系结构

为了缓解I/O瓶颈问题,可以从应用程序、可扩展算法、编译器和语言、运行时库、操作系统和体系结构六方面展开研究。其中,I/O体系结构是所有技术途径的关键支撑。当前并行I/O性能分析缺乏科学的理论模型为I/O体系结构设计提供理论依据。本文针对并行计算机系统的可扩展性问题,研究了I/O负载对并行计算机系统可扩展性的影响,建立了I/O受限的并行加速比性能模型,对目前大规模并行计算机系统中三种常用I/O体系结构的可扩展性进行了分析;以此为理论依据,提出了一种面向高性能计算的可扩展并行I/O系统结构。同时,还提出了几种有效降低I/O操作服务时间的策略,从而达到增强系统可扩展性的目的,为后续研究奠定了基础。     

一种动态并行I/O调度新策略的研究

并行I/O已经成为提高分布式计算系统性能的一种重要方式,论文在研究集群计算系统并行I/O数据调度策略的基础上,提出了一种应用于分布式计算系统中的二次调度自主维护负载平衡的动态I/O调度算法(DIO_TSMB),实验结果表明了算法的有效性,最后分析了并行I/O数据调度的发展趋势。     

一种新型高效共享的并行I/O系统

如何有效地解决I／O瓶颈问题，一直是高性能并行计算机有待解决的关键技术。该文提出了一种高效共享的并行I／O系统——HPPIO，该系统基于CC-NUMA并行系统结构，采用了一系列高效共享、并行I／O技术。该文对其分布与集中相结合的高效共享并行I／O系统结构、基于PCI Express的高性能I／O控制器设计等进行了介绍。     

并行文件系统I/O特征

并行文件系统是并行计算系统的存储子系统,I/O性能是并行计算系统研究的重要方面.本文分析了并行文件系统I/O研究的难点,研究了并行文件系统的I/O特征和关键技术,指出了并行文件系统I/O性能研究未来的研究方向,为并行计算系统的设计和优化提供重要参考.     

基于FFT并行算法的并行I/O性能的研究

该研究对象为并行计算机的I/O性能,将任务分发给不同的处理结点,通过进程间的相互协调、有序合作完成FFT并行算法的实现。在完成任务的过程中,通过记录I/O时间与计算时间,求出I/O性能与计算性能,通过分析比较数据从而认识I/O性能的重要性。研究计算机的I/O性能对于如何进一步改进系统以及提高资源利用率具有重要意义。     

一种独立式I/O虚拟化方法研究

当前虚拟化系统中的设备仿真过程与I/O指令串行执行,无法发挥真实体系结构中直接存储器访问、异步I/O等加速I/O访问技术的性能优势,致使虚拟平台I/O性能与真实I/O性能存在一定差距。针对该问题,提出一种独立式I/O虚拟化方法,通过将I/O仿真活动(如磁盘读写)分离成一个独立的进程,虚拟机监控器(VMM)只保留相应的接口,达到将VMM与I/O设备分离实现仿真与指令并行化执行的目的,并基于QEMU平台实现该方法。实验结果表明,采用该方法后的QEMU I/O读写性能优于原有I/O子系统。由于I/O指令不必再等待I/O仿真的结束,因此在提高CPU指令执行速度的同时,能够有效提高4.9%的磁盘读取速度及9.2%的VGA测试基准软件Viewpref得分。     

并行I/O技术在气候数值模式中的应用研究

在气候变化数值模拟工作中,气候数值模式运行效率主要受到计算效率和I/O效率的共同影响。目前,模式计算部分已经基本实现并行,计算效率显著提升。随着气候数值模式时空分辨率的提高,对I/O效率的需求也不断增加,数据并行I/O技术已经成为提高模式整体运行效率的有效方法之一。文中深入分析了BCC_AGCM模式串行I/O算法及NetCDF数据结构特点,采用基于MPI-IO的高层I/O库对模式I/O算法进行并行优化,优化后可支持多类气象要素并行输出,输出效率明显提升。为我国应对气候变化数值模式的运行效率优化工作,进行了有益的技术探索和积累。     

集群环境下I/O文件传输调度器的设计与实现

近年来研究人员对高性能计算中的并行I/O问题进行了深入研究,然而这些研究主要针对MPP问题,而对集群计算机系统中并行I/O问题的研究不多。因此,对于集群计算中的并行I/O系统进行研究是一个重要的研究课题。对集群计算中的并行I/O传输调度效率进行研究,设计了一个文件传输调度器,可以实现文件传输最快捷,节点资源最大利用,显著提高I/O节点吞吐率和反应时间。经过大量数据的测试和实验证明该调度器的有效性和适用性。     

自主协助动态并行I/O调度策略研究

随着处理器速度和网络传输速度的快速提升，I／O成为限制计算机性能的一大瓶颈，并行I／O提供了解决这一问题的有效途径。在并行I／O的实现中，数据访问调度策略对系统的性能有着重要的影响。文章通过对集群计算中现有I／O数据访问调度策略的研究，针对调度器瓶颈问题，提出了自主协助动态I／O调度策略，实验结果表明了所提出策略的有效性。     

单片机并行I/O口的扩展方法

由于在MCS-51单片机开发中P0口经常作为地址/数据复用总线使用,P2口作为高8位地址线使用,P3口用作第二功能(定时计数器、中断等)使用,所以对于51单片机的4个I/O口,其可以作为基本并行输入/输出口使用的只有P1口。因此在单片机的开发中,对于并行I/O口的扩展十分重要,主要分析3种扩展并行I/O口的方法。     

关于I/O模拟的讨论

详细分析Windows的I/O机制,提出了分别在用户级、系统级、驱动级的I/O模拟操作,通过实际案例和源代码分享在I/O模拟上的得失,着重介绍鼠标与键盘的模拟。     

Filter Cache:一种提高Lustre I/O性能的方法

高性能计算系统需要一个可靠高效的并行文件系统.Lustre集群文件系统是典型的基于对象存储的集群文件系统,它适合大数据量聚合I/O操作.大文件I/O操作能够达到很高的带宽,但是小文件I/O性能低下.针对导致Lustre的设计中不利于小文件I/O操作的两个方面,提出了Filter Cache方法.在Lustre的OST组件中设计一个存放小文件I/O数据的Cache,让OST端的小文件I/O操作异步进行,以此来减少用户感知的小文件I/O操作完成的时间,提高小文件I/O操作的性能.     

磁盘阵列系统I/O调度优化研究

分析了RAID-10系统的并行I/O任务模型,应用模糊函数提出了衡量I/O服务的满意度指标,并应用此指标,提出了一种适用于RAID-10系统I/O任务调度算法,提高了RAID-10系统的实时性能,并改善了负载其平衡能力。