Zur Programmierung dynamischer Anwendungen auf nachrichtengekoppelten Multiprozessoren:
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Düsseldorf
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| adam_text | Titel: Zur Programmierung dynamischer Anwendungen auf nachrichtengekoppelten Multiprozessoren
Autor: Erzmann, Andreas
Jahr: 1996
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Andreas Erzmann, Salzgitter Zur Programmierung dynamischer Anwendungen auf nachrichtengekoppelten Multiprozessoren Reihe 10 : Informatik/ Kommunikationstechnik Nr. 421 VM VERLAG
Inhalt 1 Einführung 1 1.1 Aufbau der vorliegenden Arbeit.....................................................................................2 2 Programmierung nachrichtengekoppelter Multiprozessoren — Stand der Technik 4 2.1 Grundlegende Begriffe...................................................................................................4 2.2 Lastmodell und Zielarchitektur......................................................................................8 2.2.1 Die Zielarchitektur..............................................................................................8 2.2.2 Das Lastmodell....................................................................... 9 2.3 Ein Anforderungskatalog für Programmiermodelle.....................................................10 2.4 Paradigmen und Programmiermodelle für nachrichtengekoppelte Multiprozessoren. 12 2.4.1 Programmierparadigmen..................................................................................13 2.4.2 Ausgewählte Programmiermodelle..................................................................16 2.5 Ziele der vorliegenden Arbeit.......................................................................................26 3 Ein Programmiermodell für dynamische Anwendungen 27 3.1 Das TDC-Programmiermodell.....................................................................................28 3.1.1 Definition der Elemente des TDC-Programmiermodells.................................29 3.1.2 Das TDC-Laufzeitsystem.................................................................................32 3.1.3 Behandlung von Abhängigkeiten zwischen Aufgaben.....................................34 3.2 Anwendung des TDC-Programmiermodells................................................................36 3.2.1 Grundsätzliche Struktur einer dynamischen Anwendung................................36 3.2.2 Parallelisierung eines
Volume-Renderer-Verfahrens.......................................36 3.2.3 Struktur des Steuerprogramms und der Fähigkeiten........................................40 3.3 Das TDC-Programmiermodell im Vergleich...............................................................42 3.3.1 Eigenschaften des TDC-Programmiermodells.................................................42 3.3.2 Vergleich der Programmiermodelle.................................................................43 3.4 Implementierung des TDC-Programmiermodells........................................................44 3.4.1 Aufbau der Zielarchitektur...............................................................................46 3.4.2 Das TDC-Laufzeitsystem.................................................................................48 3.5 Die TDC-Anwenderschnittstelle..................................................................................54 3.5.1 Die Funktionen für das Steuerprogramm.........................................................54 3.5.2 Die Funktionen für die Programmierung der Fähigkeiten................................58 3.6 Grenzen des TDC-Programmiermodells......................................................................59 4 Analyse und Modifikation dynamischer Lastausgleichsverfahren 62 4.1 Klassifizierung von Lastverwaltungsverfahren............................................................62 4.1.1 Hierarchische Klassifizierung...........................................................................63 4.1.2 Kriterien zur Klassifizierung globaler Scheduling-Verfahren..........................65 V
4.2 Dynamische Lastausgleichsverfahren..........................................................................67 4.2.1 Das Prinzip des dynamischen Lastausgleichs..................................................67 4.2.2 Aufwand und Nutzen dynamischer Lastausgleichsverfahren ..........................69 4.2.3 Einfluß des Aktivierungskriteriums..................................................................70 4.3 Ein analytisches Modell für die Berechnung der Effizienz..........................................71 4.3.1 Modellierung der Effizienz für den idealen Lastausgleich...............................72 4.3.2 Anwendung des Effizienzmodells..................................... 75 4.4 Ausgewählte Lastausgleichsalgorithmen............................................................ 77 4.4.1 Hierarchical Balancing Method ........................................................................79 4.4.2 Diffusionsverfahren.................................................. 84 4.4.3 Dimension Exchange Method ..........................................................................87 4.4.4 Load Redistribution Algorithm ........................................................................89 4.5 Der Pairing-Lastausgleichsalgorithmus.......................................................................90 4.5.1 Beschreibung des Prinzips............................ 90 4.5.2 Vergleich der Lastausgleichsalgorithmen........................................................95 4.6 Lastauswahlstrategien.......................................... 98 4.7 Zusammenfassung und Wertung....................................................................... 102 5 Experimentelle Bewertung der Lastausgleichsverfahren 104 5.1 Synthetische Last........................................................................................................104 5.1.1 Allgemeine
Parameter....................................................................................105 5.1.2 Lastcharakteristik............................................................................................105 5.1.3 Datenanforderungen.......................................................................................108 5.2 Messungen mit der synthetischen Last.......................................................................110 5.2.1 Vorbemerkungen zu den Messungen.............................................................111 5.2.2 Meßergebnisse für die Standardlasten............................................................116 5.2.3 Der Einfluß ausgewählter Parameter..............................................................122 5.3 Meßergebnisse für das Volume-Renderer-Verfahren................................................126 6 Zusammenfassung und Ausblick 130 Anhang 133 A Analyse des Pairing-Algorithmus 134 A.l Initiierung eines Lastausgleichsschritts......................................................................134 A.2 Berechnung des Konvergenzverhalfens ......................................... 135 A.3 Einfluß des Pairing-Parameters auf die Leerlaufzeit..................................................137 B Erweiterung des Betriebssystems VERTEX um Semaphore 139 C Darstellung der Meßergebnisse 142 C.l Einfluß der Granularität..............................................................................................142 VI
C.2 Einfluß der Aufgabenerzeugungsrate.........................................................................143 C.3 Einfluß des Überlappungsgrades................................................................................145 C.4 Einfluß der Lastauswahlstrategie...............................................................................147 C.5 Einfluß der Last pro Knoten.......................................................................................149 C.6 Einfluß der Anzahl der Knoten...................................................................................150 7 Literatur 152 7.1 Dynamischer Lastausgleich........................................................................................152 7.1.1 Allgemeines....................................................................................................152 7.1.2 Lastausgleichsalgorithmen für nachrichtengekoppelte Multiprozessoren.....152 7.1.3 Anwendungsintegrierter Lastausgleich..........................................................153 7.1.4 Lastausgleich durch Prozeßmigration............................................................153 7.1.5 Bewertung von Lastausgleichsalgorithmen....................................................154 7.1.6 TDC-Programmiermodell...............................................................................154 7.2 Programmiermodelle und -sprachen für Multiprozessoren........................................155 7.2.1 Allgemeines....................................................................................................155 7.2.2 Verteilte Datenstrukturen und Linda ..............................................................155 7.2.3 Message Passing .............................................................................................156 7.2.4 Virtuell gemeinsamer Speicher......................................................................157 7.2.5 Funktionale
Programmiersprachen und Datenflußsprachen...........................157 7.2.6 Tools und Sprachen........................................................................................158 7.3 Verteilte Rechnersysteme...........................................................................................158 7.3.1 Allgemeines....................................................................................................158 7.3.2 Kommunikationsverhalten..............................................................................159 7.3.3 Multiprozessoren............................................................................................159 7.3.4 Workstation-Cluster................................................ 159 7.4 Verschiedenes.............................................................................................................159 Index 161 VII
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