并行计算系统可扩展性的研究

可扩展性是设计并行计算系统和并行算法所要考虑的一个重要性能指标。分析了等效率、等速度、平均延迟和等并行计算开销比几种并行系统可扩展性模型的特征,提出了一种新的更有效的可扩展性度量标准。通过实验结果分析,该模型能很好地评测并行计算系统的可扩展性。

C m ue n ier ga d p l ain计算机工程与应用 o p tr gnei n A p i t s E n c o

并行计算系统可扩展性的研究祝永志，李丙峰，孙婷婷，李佩ZHU n z i L n f n S Yo g h, I Bi g e g, UN i g i g, e Tn t n LI P i

曲阜师范大学计算机科学学院，山东日照 2 6 2 786C l g fC mp trS ine Qu lNoma U iesy, i a,h n o g 2 6 2, hn ol eo o ue ce c, i r l nv ri Rz o S ad n 7 8 6 C ia e l t hZHU n z i LI Bi g e g S Yo g h, n f n, UN n t g, t 1 s a c n c l b l y o a a l l c mp tn y t m. mp t r En i e r Ti g n e a. i Re e r h o s a a i t f p r l o e u g s s e Co i u e gn e

i g a d Ap l a o s 2 1。 7 2 ) 4— 9 n n p i t n, 0 1 4 ( 1: 74 . ciAbsr c: S a a i t h s e o n mp ra t c n e t i p r l l o u e y tm a d p r l l l o i msT e h r c e i- ta t c lb l y a b c me a i o t n o c p n a al c mp t r s se i e n a a l a g rt e h . h c a a t r s

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e t e s a a i t f p r l l c mp tr s se mo e ie t d p e ie y i r p s d T i a e r s n s s me e p rme t . e i e yn i n sT h r s l h w a i t c c n e t t r f r b y t e s aa i t f p al l c mp t g y tm s e u t s o t t t s me i a si e p e e a l c lb l y o a l o u i s se . s h h r ma h i r e n

K e o d: ac ietr; aallc mp t g p ro ma c;c lbl y w r s r htcu e p l o ui; efr n e s aa it r e n i y

摘要：可扩展性是设计并行计算系统和并行算法所要考虑的一个重要性能指标。分析了等效率、等速度、平均延迟和等并行计算开销比几种并行系统可扩展性模型的特征，出了一种新的更有效的可扩展性度量标准。通过实验结果分析，型能很好提该模地评测并行计算系统的可扩展性。

关键词：系结构；体并行计算；能；性可扩展性DO:0 7 8 .s . 0 -3 1 0 1 1 1文章编号：0 28 3 (0 12 -0 70 文献标识码： 中图分类号： P 0 I 1 . 7￣i n1 28 3 . 1. . 2 3 s 0 2 20 10—3 12 1) 1 4 -3 0 A T31

1引言性能计算能力的需求。长期以来，上的可扩展性和程序结构设计上的友好性一直是并行计算系统设计中追求的重要而又

所追求的一个重要目标。并行设计人员希望并行计算系统有

从并行计算系统旨在满足国防和国民经济等诸多领域对高很好的可扩展性，而允许自己的算法能在大规模计算系统中发挥更好的性能潜力；结构设计人员希望并行计算系统有很好的可扩展性，而能利用大规模计算系统解决更大规模从的问题。

互相矛盾的两个目标 n 而系统的效率并不是随着节点数。然目的增加而呈线性增长，系统到达一定规模时会出现效率当降低、执行时间难以预测等问题。目前可扩展性研究主要集中在并行算法与并行系统相结合的可扩展性上，究如何即研随节点数目的增加而扩展工作负载，使得执行时间较合理且效率较高。

并行计算系统的可扩展性蕴含以下内容： ()能性和性能：展的并行计算系统

应该提供更多的 1功扩功能性或更好的性能。

() 2成本伸缩：为扩展所花的代价必须是合理的。 () 3兼容性：并行计算系统的组成部分 (软件、件 )硬在作少量变动后仍可使用 】。

本文在对并行计算系统的可扩展性进行分析的基础上， 提出了一种新的可扩展模型。最后通过实验进行了分析，结果表明该模型可以对效率和可扩展性进行较好的评测，并能预测并行计算系统的高可扩展性。

3可扩展性模型尽管可扩展性很重要，目前还没有一个公认的评判标但准，常从三个不同角度进行可扩展性度量，通即等效率标准 ( O e c ny Me i )等速度标准 ( O sedMe i ) I . i c tc、 S f e i rs I . e tC和 S p rS平均延迟标准 ( vr eL t c tc) A e g a nyMe i方法 a e rs。在等效率可扩展性模型中，当并行计算系统的处理器个数由 P增加到 P, 工作负载由增加到 W且效率 E保持 ,不变 ( E C C常数 ),即=,为时可等效率可扩展性为， 3 P=

2并行与可扩展性并行计算系统是由并行计算程序、并行计算机器和计算环境组成的系统。并行计算系统的可扩展性是指如果能通过

增加其资源以满足不断增长的对性能和功能性需求，或是能通过减少其资源以降低成本，则称该系统是可扩展的。

并行计算系统可扩展性是设计并行算法和高性能并行机

,//)/,。对于某一并行算法， P为了维持效率E不变，随

基金项目：山东省高等学校重点实验研究项目( . 0- 0; No 0 5 0 )曲阜师范大学校科研项目( o J7 4。 2 4 N . 03 ) X作者简介：永志(94 )男，,生导师，C高级会员，研究方向为网络与分布式系统。Em ir hoy@16 o 祝 16一，教授硕士 CF主要 -a:zazz 2 . m li t收稿 E:00O.1修回日期：000.1 t 2 1.11;期 2 1.61

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