基于單邊通信的MPI通信庫(kù)優(yōu)化研究的中期報(bào)告

基于單邊通信的MPI通信庫(kù)優(yōu)化研究的中期報(bào)告一、研究背景MPI是一種并行應(yīng)用程序開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，它被廣泛應(yīng)用于分布式計(jì)算和超級(jí)計(jì)算機(jī)中。MPI標(biāo)準(zhǔn)定義了一套API，允許程序員編寫并行應(yīng)用程序，將其分解成多個(gè)可并行執(zhí)行的任務(wù)，并在不同的處理器之間進(jìn)行通信。MPI庫(kù)提供了標(biāo)準(zhǔn)通信函數(shù)，例如MPI_Send和MPI_Recv，以及通信模式（例如同步和異步）。MPI通信庫(kù)通常采用雙邊通信方法，即通信的兩個(gè)進(jìn)程互相發(fā)送和接收消息。在MPI中，通常使用MPI_Send和MPI_Recv來進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。單邊通信是一種象MPI_Send和MPI_Recv這樣的雙方通信的簡(jiǎn)化版本。它的特點(diǎn)是在發(fā)形進(jìn)程中處理內(nèi)存空間傳遞，從而允許只有一個(gè)進(jìn)程可以通過消息傳遞進(jìn)行通信。MPI單邊通信庫(kù)允許程序員直接訪問其他進(jìn)程的內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)了一種更為靈活而高效的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信機(jī)制，從而減少了由于消息傳遞所引起的通信開銷。二、研究目的當(dāng)前MPI通信庫(kù)大多采用雙邊通信的方式，單邊通信方法因其對(duì)于進(jìn)程間通信效率的提升日漸受到研究人員的關(guān)注。通過實(shí)現(xiàn)基于單邊通信的MPI通信庫(kù)優(yōu)化研究，可以進(jìn)一步優(yōu)化MPI在分布式計(jì)算和超級(jí)計(jì)算機(jī)中的通信效率，提高分布式計(jì)算和超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能。三、研究?jī)?nèi)容在本研究中，我們將為MPI實(shí)現(xiàn)基于單邊通信的通信模型。我們計(jì)劃使用C++編程語言和MPI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。我們的實(shí)現(xiàn)將包括兩個(gè)部分：通信域創(chuàng)建和通信操作的實(shí)現(xiàn)。通信域創(chuàng)建對(duì)于每個(gè)通信域，我們將為其提供一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)符，然后創(chuàng)建一個(gè)相應(yīng)的進(jìn)程組，然后分配每個(gè)進(jìn)程組中的進(jìn)程的唯一標(biāo)識(shí)符。為了實(shí)現(xiàn)單邊通信，我們將使用MPI_Win_create函數(shù)來創(chuàng)建一個(gè)窗口，窗口將用于指向每個(gè)進(jìn)程中的目標(biāo)緩沖區(qū)。通信操作的實(shí)現(xiàn)我們將使用MPI_Win_fence函數(shù)來進(jìn)行同步操作。在這種情況下，進(jìn)程需要等到其他進(jìn)程在同步操作之后，才能使用高速緩存來對(duì)其他進(jìn)程進(jìn)行訪問。一旦同步完成，我們將通過將MPI的遠(yuǎn)程調(diào)用轉(zhuǎn)換為本地調(diào)用來有效地實(shí)現(xiàn)單邊通信的過程。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，我們將使用MPI_Put和MPI_Get函數(shù)進(jìn)行。四、研究計(jì)劃1、任務(wù)分配在階段I中，我們將實(shí)現(xiàn)通信域的創(chuàng)建和基礎(chǔ)通信操作的實(shí)現(xiàn)。在階段II中，我們將擴(kuò)展我們的實(shí)現(xiàn)以包括復(fù)雜的通信模式，包括集合通信和非阻塞通信。在階段III中，我們將針對(duì)我們的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試和性能評(píng)估，并與當(dāng)前MPI雙方通信方法進(jìn)行比較。2、計(jì)劃安排I階段（第1-2個(gè)月）：1)選擇C++編程語言和MPI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。2)實(shí)現(xiàn)通信域創(chuàng)建和基礎(chǔ)通信操作，包括MPI_Win_create，MPI_Win_fence，MPI_Put和MPI_Get函數(shù)。3)運(yùn)行對(duì)于基礎(chǔ)通信操作的測(cè)試，以確認(rèn)功能是否正常工作。II階段（第3-5個(gè)月）：1)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)以支持復(fù)雜的通信模式，包括集合通信和非阻塞通信，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)通信函數(shù)。2)運(yùn)行對(duì)于擴(kuò)展通信操作的測(cè)試，以確認(rèn)功能是否正常工作。III階段（第6-7個(gè)月）：1)使用基準(zhǔn)測(cè)試對(duì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行性能評(píng)估。2)將實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前MPI雙邊通信方法進(jìn)行比較。3)分析結(jié)果，撰寫終期報(bào)告。五、預(yù)期研究成果完成本研究的預(yù)期結(jié)果包括：1)按照計(jì)劃安排開發(fā)的基于單邊通信的MPI通信庫(kù)。2)與當(dāng)前MP