基于自動交換光網絡的MPI的設計與實現.pdf

1、集群（Cluster）節(jié)點間互聯通信技術對集群系統進行并行計算的效率和擴展性有著極其重要的影響。光纖作為區(qū)域存儲網絡（Storage Area Network，SAN）在集群系統中有著迫切的應用需求和良好的應用前景：1）集群網絡對帶寬的需求在不斷增加。從100M發(fā)展到1Gb，再到目前的20Gb，未來仍有持續(xù)增加的趨勢；2）目前主流的集群網絡，如InfiniBand，Myrinet以及GE（千兆以太網）等在提供帶寬（20Gb）服務時運行成

2、本較高，且部分技術不夠成熟。相比之下，光纖目前最高已可達40Gb，且具有技術成熟、運行成本較低的優(yōu)點。 將光纖應用到集群系統中的難點在于與集群軟件的兼容性和性能優(yōu)化。1）光纖網絡是基于電路交換（circuit switching）而非包交換（packet switching）。一旦連接建立，該連接上的帶寬資源就一直保留為該連接的用戶服務，直至通信雙方斷開連接資源才被釋放。因此直接將光纖網絡應用到集群系統中去，會造成當前流行的一些

3、針對基于包交換的內部互聯網絡的集群管理軟件的兼容性問題；2）光纖網絡只能建立點到點的連接，不能直接建立一對多或多對一的連接。雖然可以使用TCP/IP來間接實現組播的功能，但仍然需要在使用組播時考慮性能優(yōu)化的問題。 本文基于MPI（Message Passing Interface）對光纖網絡在集群中的應用進行研究。MPI是目前最流行的并行編程消息傳遞規(guī)范，它為消息傳遞和相關操作提供了庫例程。很多集群上的并行應用都是基于MPI開發(fā)

4、的，這其中就包括了用來評測TOP500（Top 500 Super Computers)的HPL（High Performance LINPAC）基準程序。MPICH2是目前比較流行的，對MPI標準的一個免費開源實現。基于MPICH2的源代碼，我們可以方便地進行二次開發(fā)，并進行相關的實驗工作。 本文利用ASON（Automatically Switched Optical Network）協議，主要研究如何將光纖網絡應用于集群系

5、統的并行環(huán)境中。首先，我們設計并實現了BUNIA（Beyond UNI Agent），對ASON的UNI-C（UNI客戶側信令代理）協議進行封裝，用于向客戶端提供可以遠程調用的動態(tài)拆建光鏈路的接口。其次，結合對BUNIA的接口調用，我們通過改進MPICH2在消息傳遞中的點對點通信和組通信操作，設計并實現了ASON自動交換光網絡上的MPI消息傳遞庫AN_MPI。最后，我們通過實驗驗證了將光纖網絡應用到集群系統的并行環(huán)境下可以帶來更高的通信