面向GPU异构并行系统的多任务流编程模型-论文.pdf

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1、第37卷第7期计算机学报Vo1．37No．72014年7月CHINESEJoURNAIOFCOMPUTERSJuly2014面向GPU异构并行系统的多任务流编程模型董小社”刘超”王恩东。刘袁”张兴军”1(西安交通大学计算机科学与技术系西安710049)z(高效能服务器和存储技术国家重点实验室济南250013)摘要传统并行编程模型和框架不能有效利用和发挥GPU异构并行系统特点，应用开发难度大，性能优化困难，文中采用混合编程模型思想，建立了一种以协处理器为中心的GPU计算核心与CPU控制相融合的多任务流编程模型．模型将并行任务与CUDA流相

2、结合，利用系统硬件并行性特点实现程序任务级和数据级并行；采用任务间消息通信和任务内数据共享通信方式，既保证对传统并行应用的继承又降低了不同存储空间给应用开发带来的复杂性和难度．基于该编程模型实现了一个运行时支持系统原型，测试结果表明可保证高效的数据通信，且能充分利用系统计算能力，提高了应用程序运行效率．关键词GPU；异构并行；编程模型中图法分类号TP399DOI号10．3724／SP．J．1016．2O14．01638AMultiTask—StreamProgramingModelforGPUBasedonHeterOgeneOusPa

3、rallelSystemDONGXiao—SheLIUChao”WANGEn—Dong。L1UYuan”ZHANGXing—Jun(DepartmentofComputerScienceandTechnology，XiaHJiaotongUniversity，Xian710049)。(StateKeyLaboratoryofHigh—EndServer&StorageTechnology，Jinan250013)AbstractThetraditionalparallelprogramingmodelsorframeworkscanno

4、tefficientlymakeuseofthenewfeaturesoftheGPUbasedonheterogeneousparallelsystem，andthedevelopingandoptimizationofapplicationsaredifficultinthisenvironment．Toaddressthisproblem，thispaperproposedacoprocessor—centeredmultitask—streamprogramingmode1．ThemodelmixesGPUcomputingke

5、rnelandCPUcontrollingworktogether．TheparalleltasksarecoupledwithCUDAstreamsandhardwareparallelisusedtorealizetask-levelanddata—levelparallelizationofprogramexecutions．Themodeladoptsmessagepassingcommunicationbetweentasksanddatasharingwithinsingletask，andcanmaintaintheexi

6、stedparallelapplicationfeaturesaswellasdecreasethecomplexityanddifficultyofprogramingthatdifferentmemoriesbringabout．AprototypicalruntimesystemforthemodeliSbuiltupandtested．Theexperimentalresultsindicatethatthecommunicationscanbecarriedoutefficientlyandthecomputingabilit

7、iesofsystemarefullyexploitedtoimprovetheperformancesofapplicationprograms．KeywordsGPU；heterogeneousparallel；programingmodel收稿日期：2012-10—28；最终修改稿收到日期：2013-12一l6．本课题得到国家自然科学基金(61173039)、国家“八六三”高技术研究发展计划项目基金(2012AA01A306，2012AA010904)、国家科技支撑计划(2011BAH04B03)资助．董小社，男，1963年生，博

8、士，教授，中国计算机学会(CCF)会员，主要研究领域为并行计算机系统结构与网格计算．E—mail：xsdong@x}tu．edu．cn．刘超。男，1987年生，硕士，主要研究方向为并行计算机系统结构与并行编