[發(fā)明專利]基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的眾核程序重構(gòu)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910910099.1
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN112559031B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐金秀;何香;陳鑫;徐占;劉鑫;李芳;孫唯哲;郭恒;趙朋朋
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫江南計算技術(shù)研究所
• 主分類號: G06F8/72
• 分類號: G06F8/72;G06F8/41;G06F9/30;G06F9/448
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 王健

本發(fā)明公開一種基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的眾核程序重構(gòu)方法，包括基于提取基本類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重構(gòu)方法、基于數(shù)組降維的空間壓縮的重構(gòu)方法、基于增大傳輸字長的空間壓縮的重構(gòu)方法。本發(fā)明主要針對多級異構(gòu)眾核并行計算問題中多樣化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重構(gòu)方法，提高異構(gòu)并行程序的計算效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的眾核程序重構(gòu)方法，屬于計算機技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年高性能計算技術(shù)高速發(fā)展，數(shù)值模擬計算軟件不僅對計算機系統(tǒng)的計算性能追求越來越高，對計算機系統(tǒng)的存儲能力也提出了更高的要求。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是影響計算軟件性能的關(guān)鍵因素，依托多核計算系統(tǒng)設(shè)計的計算軟件，在異構(gòu)眾核系統(tǒng)上進行計算時，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)往往成為制約計算系統(tǒng)計算能力的軟肋。

任何計算軟件想要獲得正確的結(jié)果和好的性能，必須要針對數(shù)據(jù)對象設(shè)計出理想的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，通常考慮數(shù)據(jù)元素的關(guān)系及其實現(xiàn)方式，與此同時，需要考慮算法實現(xiàn)和運算執(zhí)行效率。計算軟件眾核并行化過程中遇到的普遍問題是，離散的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者關(guān)系錯綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致從核頻繁的訪問無規(guī)律的主核存儲地址，極大地降低了計算軟件眾核并行加速性能。

大多數(shù)應(yīng)用軟件涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大量的物理量存儲結(jié)構(gòu)為基本數(shù)據(jù)類型多維數(shù)組，邏輯關(guān)系復(fù)雜的數(shù)據(jù)元素存儲結(jié)構(gòu)為復(fù)雜數(shù)據(jù)類型，實現(xiàn)眾核并行化，從核需要訪問主核存儲地址，拷貝一定長度的數(shù)據(jù)到從核存儲空間，最終從核實現(xiàn)高效訪存與計算。目前，異構(gòu)眾核協(xié)處理器結(jié)構(gòu)簡單，計算能力強大，儲存能力有限，因此，傳統(tǒng)的多核程序直接異構(gòu)眾核并行化，會普遍出現(xiàn)協(xié)處理器訪存異常的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的眾核程序重構(gòu)方法，該基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的眾核程序重構(gòu)方法主要針對多級異構(gòu)眾核并行計算問題中多樣化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)重構(gòu)方法，提高異構(gòu)并行程序的計算效率。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的眾核程序重構(gòu)方法，包括基于提取基本類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重構(gòu)方法、基于數(shù)組降維的空間壓縮的重構(gòu)方法、基于增大傳輸字長的空間壓縮的重構(gòu)方法；

所述基于提取基本類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的重構(gòu)方法包括以下步驟：

S11、利用性能分析工具或打印輸出信息，分析程序運行時的多個時間熱點函數(shù)，找出各個時間熱點函數(shù)中最耗時程序段；

S12、針對各個時間熱點函數(shù)中的最耗時循環(huán)段，逐一進行分析，首先分析循環(huán)段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，若循環(huán)段內(nèi)存在復(fù)雜數(shù)據(jù)類型聲明的數(shù)據(jù)變量，執(zhí)行S13；若循環(huán)段內(nèi)只存在基本數(shù)據(jù)類型聲明的數(shù)據(jù)變量，循環(huán)段由從核完成，執(zhí)行S16；

S13、提取循環(huán)段內(nèi)復(fù)雜數(shù)據(jù)類型聲明的數(shù)據(jù)變量中與循環(huán)段任務(wù)相關(guān)的基本數(shù)據(jù)類型成員變量，稱為原始變量，并進行相應(yīng)的基本數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)變量別名聲明，稱為新變量；

S14、在時間熱點函數(shù)變量聲明部分增加S13中提取的新變量的聲明，在時間熱點函數(shù)執(zhí)行部分的開始位置，將原始變量的內(nèi)存地址和相對應(yīng)的新變量內(nèi)存地址進行地址上下界匹配；

S15、修改循環(huán)段中原始變量名為新變量名，循環(huán)段任務(wù)由從核完成，執(zhí)行S16；

S16、針對由從核完成的循環(huán)段任務(wù)，直接使用編譯指示進行眾核加速并行。

所述基于數(shù)組降維的空間壓縮的重構(gòu)方法包括以下步驟：

S21、利用性能分析工具或打印輸出信息，分析程序運行時的多個時間熱點函數(shù)，找出各個時間熱點函數(shù)中最耗時程序段；

S22、針對各個時間熱點函數(shù)中的最耗時循環(huán)段，逐一進行分析，若循環(huán)段中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在多維數(shù)組，且多維數(shù)組不存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，執(zhí)行S23；若循環(huán)段中沒有多維數(shù)組，或者多維數(shù)組之間存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，執(zhí)行S25；