先锋光纤通道交换网MPI通信库的设计

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1、西北工业大学硕士学位论文先锋光纤通道交换网MPI通信库的设计姓名：郑魁申请学位级别：硕士专业：计算机科学与技术指导教师：杨志义20070301摘要集群内部节点间互联通信技术对集群系统的并行计算效率、可扩展性有着重要的影响。目前流行的高速互联网络有Myrinet、SCI等，但这些网络结构复杂且价格十分昂贵。由鹾北工业大学康继昌教授提出的“先锋信令寻径式计算机网络“¨具有信道灵活、通信延迟小、效率高、成本低等优点，适合用作集群系统的高速互联网络。本文研究基于先锋光纤通道交换网的MPI并行通信库。在美国阿尔贡国家实验室开发的MPICH基础上，结合先锋光纤通道交换网的特点，设计了基于先锋光纤通道交

2、换网络的MPI并行通信库(简称Fc—MPI)。针对传统传输机制的不足提出了新的通信机制：当数据量较小时采用传统的内核缓冲区通信方式；当数据量较大时利用“零拷贝”技术，使数据在网络设备与用户程序之间直接传递，消除了数据在用户程序和内核之间的拷贝；当传输信令帧时通过“I／O域重映射”技术，由用户程序直接对网络设备的基地址寄存器进行读写，减少了频繁陷入内核带来的开销。为了使先锋网应用于中尺度大气数值模拟，通过对国际上广泛使用的中尺度数值气象预报模式删5的分析，设计了Fc_MPI的MPI层点对点通信和群组通信接口。并给出了将删5移植到先锋光纤交换网络并行通信环境的方法及要点。本论文的研究得到国家8

3、63计划引导项目“中尺度数值天气预报大规模并行计算高性能网络开发”(2003从001018)的资助。于2006年8月通过了科技部验收，将应用于浙江太极信息技术有限公司的“华云神箭高性能气象数值预报系统”中，为各级气象部门提供准确、高效的数值预报服务。关键词：光纤通道，集群系统，零拷贝，并行计算西北工业大学业学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文．1．作的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被在阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进于亍检索，可以采用

4、影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北T业火学．保密论文待解密后适用本声明。．学雠文储龆．兰阻指导撕龇．吾生三乡≮z卿年7月27日z护7年多月，哆日西北工业大学学位论文原创性声明秉承学f受严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，不包含本人或其他已申请学侍或其他川途使Ⅲ过的成果。对本文的研究做出巫要贡献的个人和集体，均已任文中以明确方

5、式表明。本人学{上论文与资料若有不实。愿意承担～切相戈的法律责任。学伊论文作者签名：二至臣盈卅可3月2；}-j西北工业大学硕士学位论文第一章绪论近年来，随着高性能计算机逐渐成为通信业研究热点，出现了一批为满足快速数据通信需要的高速通信技术，同时通信性能的提高也推动了在数据密集型和高速网络的应用。光纤通道技术就是其中典型代表。光纤通道01是美国ANSI(Am谢c蠲Nati伽IalSt觚da】mhlstitIlte)开发的一套标准的总称，用于实现工作站、主机、超级计算机、台式计算机、存储设备、显示设备以及其它外围设备之间的数据传输。它具有低延迟、高带宽、高可靠性、传输速度快、抗电磁干扰等特点。

6、然而，随着微机、工作站性能的不断提高。集群内部节点间的互联通信越来越成为集群系统的瓶颈。为此，本课题通过对先锋光纤通道交换网MPI通信库的研究与设计，可望充分发挥先锋网信道灵活、通信延迟小、效率高、可靠性好、成本低等优点，为并行用户提供一种高性能、高可用的集群通信网络，推动集群系统的应用。1．1课题背景及研究现状1．1．1课题来源及目的我国是一个自然灾害严重的国家，其中天气灾害约占70％以上，每年造成的损失高达数百亿元。由于造成重要灾害性天气的多为时空尺度较小的天气系统，要对其进行模拟预测，需要采用较高的模式分辨率，并需考虑影响其演变的各种复杂的物理过程，这就对计算速度提出了很高的要求。本

7、课题得到国家863计划引导项目“中尺度数值天气预报大规模并行计算高性能网络开发”(2003AA001018)的资助。并得到浙江太极信息技术研究院的支持，拟达到的目标是在已有中尺度数值天气预报业务应用的基础上，研究能满足国家气象局“气象事业发展规划(2001—2015)”要求的中尺度数值天气预报业务应用的大规模并行计算⋯高性能网络。本论文具体研究先锋光纤通道交换网MPI。1通信库的设计，为并行用户提供一种高性能、高可用的集