Βελτιστοποίηση και εφαρμογή πρωτοκόλλων συνέπειας μνήμης για SDSM συστήματα

• Κύριος συγγραφέας: Χριστοπούλου, Άρτεμις – Μαρίνα
• Άλλοι συγγραφείς: Πολυχρονόπουλος, Ελευθέριος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2007
• Θέματα: 004.35

Επίσημα η πρώτη κατηγοριοποίηση υπολογιστικών συστημάτων παράλληλων αρχιτεκτονικών ή διαφορετικά, αρχιτεκτονικών υπολογιστικών συστημάτων με πολλαπλά επεξεργαστικά στοιχεία έγινε το 1972 από τον M. J. Flynn. Στη συνέχεια υπήρξαν δύο ακόμα προσπάθειες ταξινόμησης των υπολογιστικών συστημάτων με παράλληλες αρχιτεκτονικές. Η μια έγινε το 1983 από τους A. Bode και W. Händler, και βασίζεται στον αριθμό των Μονάδων Ελέγχου και των Επεξεργαστικών Στοιχείων που υπάρχουν στα υπολογιστικά συστήματα παράλληλων αρχιτεκτονικών. Τέλος η τρίτη προσπάθεια έγινε το 1999 από τους Volkert και D. Kranzlmüller και βασίζεται στον τρόπου που διασυνδέεται η κύρια μνήμη με τα επεξεργαστικά στοιχεία. Εμείς στην παρούσα εργασία μας θα χρησιμοποιήσουμε την τρίτη προσέγγιση ταξινόμησης των παράλληλων υπολογιστικών συστημάτων. Δηλαδή αυτή που πραγματοποιείται με βάση τον τρόπο υλοποίησης της μνήμης σε αρχιτεκτονικές κατανεμημένης (distributed) και κοινής (shared) μνήμης. Στις αρχιτεκτονικές κατανεμημένης μνήμης ο κάθε επεξεργαστής έχει τη δική του ιδιωτική (τοπική) μνήμη στην οποία διατηρεί αποκλειστική πρόσβαση, ενώ η μεταβίβαση δεδομένων μεταξύ των επεξεργαστών πραγματοποιείται με πέρασμα μηνυμάτων (message passing). Ως αποτέλεσμα, τα αντίστοιχα συστήματα κλιμακώνονται ευκολότερα σε υπολογιστική ισχύ, αλλά παράλληλα είναι πολυπλοκότερη η ανάπτυξη εφαρμογών για αυτά, καθότι απαιτείται από τον προγραμματιστή να λάβει εξειδικευμένη μέριμνα για τον καταμερισμό των δεδομένων εισόδου και τη μεταβίβασή τους στον αντίστοιχο επεξεργαστή. Με σκοπό την απόκρυψη της παραπάνω πολυπλοκότητας σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν τα «συστήματα κατανεμημένης κοινής μνήμης υλοποιημένα με λογισμικό» (SDSM). Τα σχετικά πακέτα λογισμικού επιτρέπουν την ανάπτυξη και εκτέλεση εφαρμογών με χρήση του μοντέλου κοινής μνήμης σε αρχιτεκτονικές κατανεμημένης μνήμης: όποτε ένας επεξεργαστής ζητά δεδομένα της κοινής μνήμης, το SDSM λογισμικό προσδιορίζει αν αυτά είναι διαθέσιμα στην τοπική του μνήμη και, εφόσον χρειάζεται, φροντίζει για την ανάκτησή τους χωρίς προγραμματιστική παρέμβαση. Επιπλέον, όταν ένας επεξεργαστής τροποποιεί δεδομένα της «κοινής» μνήμης το λογισμικό φροντίζει για την ενημέρωση των υπολοίπων επεξεργαστών. Οι αλγόριθμοι ανάκτησης δεδομένων της κοινής μνήμης και ενημέρωσης των υπολοίπων επεξεργαστών για αλλαγές σε αυτά αποτελούν το πρωτόκολλο συνέπειας μνήμης. Η αποτελεσματικότητα του πρωτοκόλλου αυτού, με βάση ορισμένες μετρικές, αποτελεί τον κυρίαρχο παράγοντα που καθορίζει τις επιδόσεις του αντίστοιχου SDSM συστήματος. Στόχο της παρούσας διπλωματικής αποτελεί: 1. Η συγκριτική μελέτη και αξιολόγηση των πρωτοκόλλων μνήμης που βρίσκονται σήμερα σε χρήση από τα διάφορα S-DSM συστήματα 2. Η σχεδίαση και υλοποίηση βελτιωμένων πρωτόκολλων συνέπειας μνήμης με αυξημένες επιδόσεις 3. Η τεκμηρίωση της επιτευγμένης βελτιστοποίησης μέσω της πραγματοποίησης δοκιμών σε πραγματικά συστήματα με πλήθος εφαρμογών