Υλοποίηση συστήματος κοινής ιδεατής μνήμης για συστάδες πολυεπεξεργαστικών συστημάτων

• Main Author: Τουρναβίτης, Γεώργιος
• Other Authors: Πολυχρονόπουλος, Ελευθέριος
• Published: 2007
• Subjects: Πληροφορική; Παράλληλη επεξεργασία; Κοινή ιδεατή μνήμη; Πολυνηματισμός; Συστάδες υπολογιστών; 004.35; Computer Science; Parallel computing; Software distribute shared memory; Shared virtual memory; Multithreading; Clusters
• Online Access: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/161

Οι συστάδες υπολογιστών αποτελούν μία σύγχρονη ευρέως χρησιμοποιούμενη και ιδιαίτερα ανταγωνιστική αρχιτεκτονική για την υλοποίηση υπολογιστικών συστημάτων υψηλών επιδόσεων με χαμηλό κόστος. Παράλληλα, η ευρεία εμπορική διάθεση πολυεπεξεργαστικών συστημάτων μικρής κλίμακας, επιτρέπει τον συνδυασμό τους σε υβριδικά σχήματα συστάδων πολυεπεξεργαστών. Παρά την ευελιξία που παρέχεται στη σχεδίαση τους, η απαίτηση για χρήση κατανεμημένων μοντέλων προγραμματισμού αυξάνει σημαντικά την πολυπλοκότητα της ανάπτυξης εφαρμογών. Μία εναλλακτική προσέγγιση αποτελούν τα συστήματα κοινής ιδεατής μνήμης. Τα συστήματα κοινής ιδεατής μνήμης παρέχουν στις εφαρμογές, που εκτελούνται σε διαφορετικούς κόμβους της συστάδας, πρόσβαση σε έναν διαμοιραζόμενο χώρο διευθύνσεων αποκρύπτοντας την υποκείμενη κατανεμημένη αρχιτεκτονική. Βασικότερο περιορισμό της πλειονότητας των υπαρχόντων υλοποιήσεων αποτελεί η απουσία υποστήριξης πολυνηματισμού. Το χαρακτηριστικό αυτό έχει ως άμεση συνέπεια τη χαμηλή χρησιμοποίηση των σύγχρονων πολυεπεξεργαστικών υπολογιστικών μονάδων, καθώς ούτε η εφαρμογή αλλά ούτε και οι μηχανισμοί που εξασφαλίζουν τη συνέπεια της κοινής μνήμης εκτελούνται παράλληλα. Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας παρουσιάζεται η σχεδίαση και η υλοποίηση μίας πλατφόρμας κοινής ιδεατής μνήμης χρησιμοποιώντας μηχανισμούς υλοποιημένους αποκλειστικά σε λογισμικό. Το προτεινόμενο σύστημα στοχεύει στην αποδοτικότερη χρησιμοποίηση των πόρων των πολυεπεξεργαστικών μονάδων της συστάδας, υποστηρίζοντας την πολυνηματική εκτέλεση της εφαρμογής σε κάθε κόμβο. Τόσο το πρωτόκολλο συνέπειας της κατανεμημένης μνήμης, όσο και το υποσύστημα επικοινωνίας, επανασχεδιάστηκαν ώστε να χρησιμοποιούν πολλαπλά νήματα εκτέλεσης. Επιπλέον παρουσιάζονται και αξιολογούνται εναλλακτικοί ιεραρχικοί αλγόριθμοι συγχρονισμού που επιτρέπουν την αποδοτικότερη χρήση της υβριδικής οργάνωσης των συστάδων. === Software Distributed Shared Memory (SDSM) systems provide an abstraction layer of shared memory semantics on top of a distributed set of computational nodes. The use of small-scale Symmetric Multiprocessor (SMP) nodes has the potential for bridging the performance-cost gap between the low-end SMPs and high-end Distributed Shared Memory (DSM) systems, using a hybrid software and hardware coherency model presented in this thesis. We present the design and discuss the main architectural choices involved in our implementation of a multithreaded SDSM system. Our implementation was developed on top of Pthreads and the TCP/IP network protocol, employing a simple yet efficient design. Finally, we evaluate and analyze the performance of the multithreading SDSM platform, using a wide set of benchmark applications.