專利名稱：自動(dòng)并行化多級(jí)并行代價(jià)評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自動(dòng)并行化多級(jí)并行代價(jià)評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)計(jì)算能力要求的提高，高性能計(jì)算系統(tǒng)的規(guī)模也越來越大，速度越來越快，高性能計(jì)算水平已經(jīng)成為體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的重要因素，隨著高性能計(jì)算系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，并行化編譯系統(tǒng)在其中扮演越來越重要的角色。代價(jià)模型是編譯器中用來評(píng)估應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)間的模塊，反映計(jì)算機(jī)硬件和軟件的性能特征，代價(jià)模型在編譯器中處于極其重要的地位，是實(shí)施各種編譯優(yōu)化、提高程序效率的基礎(chǔ)和依據(jù)，代價(jià)模型的完善程度直接影響程序優(yōu)化后的性能。構(gòu)建一個(gè)充 分考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特征和程序特點(diǎn)的代價(jià)模型是充滿吸引力和挑戰(zhàn)性的課題，并行代價(jià)評(píng)估是當(dāng)前并行化編譯系統(tǒng)研究中不可或缺的一部分，一個(gè)程序是否有并行化空間，并行化之后的效果如何，這都需要一套較完備的評(píng)估方法來完成。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種較完備的、能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多級(jí)并行模式的后端生成代碼的精確并行化收益評(píng)估，且有效保證目標(biāo)并行程序的加速效果的自動(dòng)并行化多級(jí)并行代價(jià)評(píng)估方法。按照本發(fā)明所提供的設(shè)計(jì)方案，一種自動(dòng)并行化多級(jí)并行代價(jià)評(píng)估方法，包含如下步驟:步驟1、粗粒度自動(dòng)并行化代價(jià)評(píng)估，面向分布存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的消息通信自動(dòng)并行化進(jìn)行代價(jià)收益分析，即MPI收益代價(jià)評(píng)估，包含如下步驟:1.1、基于計(jì)算數(shù)組的并行代價(jià)預(yù)評(píng)估，包含內(nèi)容如下:步驟1.1.1、首先對(duì)源程序分析獲得包含有數(shù)組生命周期的定義-引用圖G (V，E)；步驟1.1.2、根據(jù)定義-引用圖G (V，E)，計(jì)算源程序中任一數(shù)組的主導(dǎo)值；設(shè)數(shù)組X，源程序中數(shù)組χ的定義次數(shù)為i，對(duì)其定義-引用圖添加數(shù)組生命周期標(biāo)志將其劃分成若干子圖G1、G2……Gi ；在任意子圖Gm中，設(shè)定義循環(huán)為IV共有j次引用，其中任一引用循環(huán)為Vnm，數(shù)組χ的數(shù)據(jù)集合&表示數(shù)組χ從ν向上暴露于u的數(shù)組區(qū)域，數(shù)組χ的數(shù)據(jù)集合
exposefv_]:j^定義_引用邊丸的權(quán)重，ψ (χ, ν)是數(shù)組χ在循環(huán)ν中的外層無關(guān)索引的迭代總數(shù)，則數(shù)組的主導(dǎo)值表示為:
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)并行化多級(jí)并行代價(jià)評(píng)估方法，其特征在于:包含如下步驟: 步驟1、粗粒度自動(dòng)并行化代價(jià)評(píng)估，面向分布存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的消息通信自動(dòng)并行化進(jìn)行代價(jià)收益分析，即MPI收益代價(jià)評(píng)估； 步驟2、中粒度自動(dòng)并行化代價(jià)評(píng)估，面向共享存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)并行化進(jìn)行代價(jià)收益分析,即OpenMP收益代價(jià)評(píng)估； 步驟3、細(xì)粒度自動(dòng)并行化代價(jià)評(píng)估，面向短向量運(yùn)算部件的自動(dòng)向量化進(jìn)行代價(jià)收益分析，即SMD收益代價(jià)評(píng)估； 步驟4、對(duì)上述三種粒度的并行收益進(jìn)行綜合，得到總的并行收益。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)并行化多級(jí)并行代價(jià)評(píng)估方法，其特征在于:所述 步驟I還包含包含如下步驟: 步驟1.1、基于計(jì)算數(shù)組的并行代價(jià)預(yù)評(píng)估，包含內(nèi)容如下: 步驟1.1.1、首先對(duì)源程序分析獲得包含有數(shù)組生命周期的定義-引用圖G (V，E)； 步驟1.1.2、根據(jù)定義-引用圖G (V，E)，計(jì)算源程序中任一數(shù)組的主導(dǎo)值； 設(shè)數(shù)組X，源程序中數(shù)組X的定義次數(shù)為i，對(duì)其定義-引用圖添加數(shù)組生命周期標(biāo)志將其劃分成若干子圖G1、G2……Gi ； 在任意子圖Gm中，設(shè)定義循環(huán)為um，共有j次引用，其中任一引用循環(huán)為vmn，數(shù)組X的數(shù)據(jù)集合d/WM/v,,.../:；；；表示數(shù)組X從V向上暴露于u的數(shù)組區(qū)域，數(shù)組X的數(shù)據(jù)集合exPose[vnJ:J該定義-引用邊~, ，^印0^/^,/^的權(quán)重，ψ (χ，ν)是數(shù)組χ在循環(huán)ν中的外層無關(guān)索引的迭代總數(shù)，則數(shù)組的主導(dǎo)值表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)并行化多級(jí)并行代價(jià)評(píng)估方法，其特征在于:所述步驟2包含如下步驟: 步驟2.1、針對(duì)共享存儲(chǔ)中的DOALL并行、流水并行和DSWP并行三種不同的并行模型，構(gòu)建相互對(duì)應(yīng)的代價(jià)評(píng)估方法，對(duì)應(yīng)DOALL并行、流水并行和DSWP并行三種并行模型的評(píng)估方法分別為: a)DOALL并行代價(jià)分析，編譯時(shí)的靜態(tài)分析方式、以及通過預(yù)編譯與程序員交互的動(dòng)態(tài)方式，將這兩種方式相結(jié)合進(jìn)行代價(jià)分析； b)D0ACR0SS并行代價(jià)分析，包含流水線中最后一個(gè)線程開始執(zhí)行之前的循環(huán)執(zhí)行開銷，即流水填充階段的開銷，最后一個(gè)線程的執(zhí)行開銷，即滿負(fù)載階段的開銷； c)PS-DSffP并行代價(jià)分析，對(duì)S-S型、S-P型、P-S型三種類型分別分析其代價(jià)； 步驟2.2、調(diào)用硬件模型中的處理器(Processor。)、Cache (Cache。)和TLB(TLBe)三個(gè)子模型，獲得具體的開銷； 步驟2.3、根據(jù)獲得的具體開銷值，評(píng)估并行收益，根據(jù)收益情況判斷是否并行化執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)并行化多級(jí)并行代價(jià)評(píng)估方法，其特征在于:所述步驟3包含如下步驟: 步驟3.1、計(jì)算每條語句的迭代次數(shù)，計(jì)算公式為=\)/Τ.，其中D表示語句的迭代次數(shù)，假設(shè)某條語句在一個(gè)D層迭代空間中，S」為迭代層j的初始值，為結(jié)束值，Tj是步長(zhǎng)； 步驟3.2、計(jì)算每條語句的單次執(zhí)行代價(jià)，分析每條語句的中間樹結(jié)構(gòu)，每個(gè)樹節(jié)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)操作，每個(gè)操作對(duì)應(yīng)一條指令，每條指令的時(shí)延對(duì)應(yīng)到樹節(jié)點(diǎn)的代價(jià)，計(jì)算每條語句的執(zhí)行代價(jià)； 步驟3.3、每條語句執(zhí)行代價(jià)為本語句的單次執(zhí)行代價(jià)與迭代次數(shù)之積，向量化總代價(jià)用C來表示，循環(huán)中可向量化語句條數(shù)為m，不可向量化語句條數(shù)為n，第i條標(biāo)量語句迭代次數(shù)為Di，第j條向量化語句迭代次數(shù)為Dp它們對(duì)應(yīng)的執(zhí)行代價(jià)分別記為CSi和C'，則
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的自動(dòng)并行化多級(jí)并行代價(jià)評(píng)估方法，其特征在于:所述步驟3.1中還包含當(dāng)循環(huán)的迭代次數(shù)難以確定時(shí)，設(shè)定經(jīng)驗(yàn)值為語句的迭代次數(shù)，同時(shí)保證內(nèi)層循環(huán)中語句的迭代次數(shù)大于等于外層循環(huán)中的語句迭代次數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的自動(dòng)并行化多級(jí)并行代價(jià)評(píng)估方法,其特征在于:所述步驟3.2還包括根據(jù)語句向量化程度，分別計(jì)算語句執(zhí)行代價(jià)，情況如下: 步驟3.2.1、當(dāng)語句能夠完全向量化時(shí)，用向量化語句的執(zhí)行時(shí)延與向量化因子的商來表示向量化語句代價(jià)，其中CS代表標(biāo)量語句進(jìn)行單次執(zhí)行的代價(jià)，CV向量化語句進(jìn)行單次執(zhí)行的代價(jià)，若該語句原子操作個(gè)數(shù)為s,第j個(gè)操作的指令時(shí)延為L(zhǎng)INSTj, VF為向量化因子，表示為:
全文摘要
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自動(dòng)并行化多級(jí)并行代價(jià)評(píng)估方法，首先進(jìn)行粗粒度自動(dòng)并行化代價(jià)評(píng)估，其次進(jìn)行中粒度自動(dòng)并行化代價(jià)評(píng)估，最后進(jìn)行細(xì)粒度自動(dòng)并行化代價(jià)評(píng)估，然后進(jìn)行綜合代價(jià)評(píng)估，針對(duì)共享存儲(chǔ)的DOALL并行、流水并行和DSWP并行三種并行模型，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的評(píng)估方法，DOALL并行代價(jià)分析將靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析相結(jié)合獲取代價(jià)分析信息，向量化代價(jià)由各條語句對(duì)應(yīng)的執(zhí)行代價(jià)疊加而成。本發(fā)明提供語句迭代次數(shù)和語句單次執(zhí)行代價(jià)的計(jì)算方法，并設(shè)定經(jīng)驗(yàn)值確定循環(huán)迭代次數(shù)，能夠較完備的實(shí)現(xiàn)對(duì)多級(jí)并行模式的后端生成代碼的精確并行化收益評(píng)估，且有效保證目標(biāo)并行程序的加速效果。
文檔編號(hào)G06F9/45GK103246541SQ201310153710
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者趙榮彩, 龐建民, 韓林, 徐金龍, 傅立國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)