[發(fā)明專利]并行模擬中支持蹤跡文件并行輸入輸出的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910043233.9
• 申請日: 2009-04-28
• 公開（公告）號: CN101526915A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 車永剛;徐傳福;王勇獻(xiàn);王正華;彭宇行
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G06F11/34
• 分類號: G06F11/34;G06F9/455;G06F9/46
• 代理公司: 國防科技大學(xué)專利服務(wù)中心
• 代理人: 郭 敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及并行計算機系統(tǒng)模擬方法，特別是在具有分布式磁盤存儲系統(tǒng)的并行宿主機上，對并行模擬過程中的Trace(蹤跡)文件進(jìn)行分布式并行輸入輸出(Input/Output，I/O)的方法。

背景技術(shù)

計算機體系結(jié)構(gòu)模擬軟件(簡稱模擬器)是一類對計算機系統(tǒng)行為進(jìn)行模擬的軟件。它們一般是可配置的，可以對目標(biāo)計算機系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)參數(shù)或技術(shù)方案進(jìn)行配置，在現(xiàn)有的計算機(稱為宿主機)上模擬運行Benchmark程序(包括真實的基準(zhǔn)測試程序或自動生成的工作負(fù)載)，獲得目標(biāo)系統(tǒng)在給定配置下的性能數(shù)據(jù)，為計算機系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計決策提供參考。此外，基于模擬器還可對新計算機系統(tǒng)上的算法及軟件進(jìn)行調(diào)試與評估。

模擬器模擬硬件的行為，其時間開銷通常比在真實目標(biāo)機上運行相同Benchmark程序的時間大幾個數(shù)量級，并且內(nèi)存開銷也很大。對于大規(guī)模并行計算機系統(tǒng)的模擬來說，串行宿主機難以勝任，只有采用并行計算機系統(tǒng)作為宿主機，基于并行模擬器并利用并行機的計算與存儲資源進(jìn)行模擬，才能滿足計算能力與存儲容量的需求。目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些基于并行宿主機的并行模擬器原型系統(tǒng)，如WWT?II(威斯康辛大學(xué))、LAPSE(NASA)、MPI-SIM(加州大學(xué)洛杉磯分校)、BigSimulator(伊利諾伊大學(xué)香檳分校)、BGLsim(IBM公司與伊利諾伊大學(xué)香檳分校)、SILAS(德國尤利西超級計算中心)等。

很多并行模擬器(如SILAS和BigSimulator)采用了Trace驅(qū)動的方式。Trace是對Benchmark程序執(zhí)行過程中發(fā)生的事件或操作的記錄，其中可以包括程序執(zhí)行的指令序列及指令地址、訪存地址序列、通信事件發(fā)生的時刻與數(shù)量、通信的對象等信息，通常將其以Trace文件的方式存儲在磁盤系統(tǒng)中，后續(xù)的性能分析或模擬軟件以Trace文件為輸入，進(jìn)行進(jìn)一步的性能評估。例如BigSimulator原型模擬器中的性能模擬預(yù)測分兩個步驟，第一個步驟稱為仿真(Emulation)，在其中進(jìn)行初步模擬并生成Trace文件；第二個步驟稱為模擬(Simulation)，它基于前一步驟的Trace文件進(jìn)行更詳細(xì)的性能模?擬預(yù)測。但是基于Trace的模擬帶來了問題：

(1)Trace文件占據(jù)很大的存儲空間，導(dǎo)致對Trace文件進(jìn)行磁盤I/O的開銷大。如文獻(xiàn)(Gao?Xiaofeng等，Path?Grammar?Guided?Trace?Compression?and?TraceApproximation，IEEE?HPDC-15，2006)報道，NPB(NAS?Parallel?Benchmark)中BT程序采用Class?A輸入集時，只使用4個并行模擬進(jìn)程，其有效地址的Trace文件大小就超過了260GB。由于需要在磁盤系統(tǒng)上存儲和讀取的Trace文件的容量巨大，模擬器的執(zhí)行性能嚴(yán)重受限于Trace文件的磁盤I/O操作。

(2)模擬器進(jìn)行Trace文件記錄的過程對目標(biāo)程序執(zhí)行過程是一種干擾，可能影響模擬器的模擬精度。因為Trace驅(qū)動的性能模擬器往往基于計算時間、通信時間的綜合來預(yù)測并行程序在目標(biāo)并行機上的性能，計算時間根據(jù)宿主機上測得的Benchmark程序計算部分的時間來估計(Gengbin?Zheng等，Simulation-based?performance?predictionfor?large?parallel?machines，International?Journal?of?Parallel?Programming，2005)，而Trace文件I/O操作是對Benchmark程序執(zhí)行過程的一種干擾，可能影響測得的計算時間，從而在最終的預(yù)測性能中引入誤差。

由于上述原因，如何優(yōu)化Trace文件的磁盤I/O操作以提高模擬器的性能，并降低Trace文件I/O操作對計算時間估計的影響，成為模擬器研究領(lǐng)域的一個重要問題。在并行模擬器中，這一問題更加重要，因為并行模擬中通常運行規(guī)模更大的并行Benchmark程序，產(chǎn)生的Trace文件容量更大；并且，由于并行編程模式傳統(tǒng)上只由主進(jìn)程進(jìn)行I/O操作，并行模擬器中通常也只有一個主模擬進(jìn)程進(jìn)行Trace文件的I/O操作，由單個主進(jìn)程支持多個模擬進(jìn)程的Trace文件I/O操作，很可能造成性能瓶頸。