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摘 要I
ABSTRACTII
第一章 引言1
1.1 课题研究的目的与意义1
1.2 国内外研究现状1
1.3 论文各部分的内容安排3
第二章 集群通信与GM协议4
2.1 集群通信系统概况4
2.1.1高性能可扩展集群及其通信系统4
2.1.2集群通信系统体系结构6
2.1.3集群通信系统研究目标7
2.1.4常用集群系统通信技术8
2.1.5几个有代表性的集群通信系统11
2.2 基于MYRINET的GM协议14
2.2.1 Myrinet简介14
2.2.2 GM协议分析16
2.2.3 Myrinet的性能18
第三章 基于共享内存的CLUMPS结点本地通信优化20
3.1 CLUMPS的结构20
3.2 CLUMPS要解决的两个问题21
3.2.1 互连网络仍是影响集群通信性能的瓶颈21
3.2.2基于消息传递的本地通信性能受限22
3.3 CLUMPS结点内部的共享内存通信23
3.3.1 AM-II的本地通信机制23
3.3.2 FMP_Shmem概述24
3.3.3 FMP_Shmem的数据结构与算法描述25
3.3.4 FMP_Shmem的性能26
第四章 支持多通道网络通信的高性能MPI30
4.1 支持多通道网络通信的集群底层通信协议MNC30
4.1.1 多通道网络技术30
4.1.2 支持多通道网络通信的MNC协议31
4.2 MPI标准与MPICH33
4.2.1 MPI与MPICH概述33
4.2.2 MPICH的体系结构35
4.2.3 抽象设备接口（ADI）36
4.2.4 Channel接口37
4.3 MPICH-MNC的设计方案40
4.3.1 配置文件40
4.3.2 主要函数的实现41
4.4 MPI与PVM的比较43
4.4.1 PVM概述43
4.4.2 PVM-GM的实现及其与MPI的性能对比44
第五章 结论与展望47
参考文献49
本人简历52
攻读硕士学位期间发表的学术论文52
致 谢53 参考资料 [1] 申俊. 机群系统通信技术研究：[博士学位论文]. 北京：清华大学计算机系，1999
[2] Jarek Nieplocha, Jialin Ju, Edoardo Apra. One-sided Communication on the Myrinet-based SMP Clusters using the GM Message-Passing Library. In: Proc. 15th Intl. Parallel and Distributed Processing Symposium, Workshop on Communication Architecture for Clusters (CAC’01) (April 2001), Held in conjunction with IPDPS 2001. IEEE TCPP and ACM, Springer-Verlag.
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[11] See: http://www.parastation.com/index.html
[12] See: http://www.myri.com/myrinet/overview/index.html
[13] Boden, N.J., Cohen, D., Felderman, R. E., et al. Myrinet: a gigabit-per-second local area network. In: IEEE Micro, Volume: 15 Issue: 1, Feb. 1995, pp. 29-36.
[14] See: http://www.myri.com/scs/index.html
[15] 张继超，常迪，郑纬民，等. 适用于Myrinet网络的用户态通信协议设计与实现分析. 计算机应用，已录用未出版.
[16] See: http://www.myri.com/myrinet/performance/index.. 简单介绍 一个字：精品！
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通信性能是影响集群系统实际并行处理效率的关键，因此高性能通信系统的研究在整个集群系统中占有非常重要的地位，并且一直是近几年国内外研究的热点。Myrinet是集群系统普遍采用的互连网络，具有高带宽、低延迟、扩展性好等优点。基于消息传递的用户态通信协议GM充分利用了Myrinet硬件结构的特点，为上层通信系统或用户应用程序提供高性能高可靠的通信服务。 本论文针对集群通信的需要，主要贡献如下： 1．综述了集群通信的研究目标以及已有的实现技术。基于对一种成熟的集群用户态通信协议GM的分析，针对GM的限制以及可以改进的空间，提出了集群通信面临的新问题。 2．设计并实现了一种基于共享内存的集群系统本地通信协议FMP_Shmem，优化了CLUMPs（CLUsters of MultiProcessors）的本地通信性能。CLUMPs由SMP结点互连而成。由于SMP机器的性能价格比较高，CLUMPs成为超级计算的潮流。FMP_Shmem充分利用了SMP结点的硬件特点，采用共享内存机制在结点内部交换数据。它为每个进程分配独立的发送队列和接收队列，避免了进程间的互斥操作。相比较不采用共享内存机制的GM本地通信性能（延迟26μs，带宽105MB/s），FMP_Shmem的本地通信测试结果可达到延迟2.84μs，带宽272MB/s，性能优化的幅度相当大。