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網(wǎng)格中比較CPU計(jì)算能力的一種方法

作者: 時(shí)間:2012-04-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引 言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/171585.htm

中,常常需要使用多臺(tái)機(jī)協(xié)同工作完成一臺(tái)超級(jí)機(jī)才能完成的計(jì)算任務(wù),為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),首先應(yīng)通過信息服務(wù)獲得中各臺(tái)主機(jī)計(jì)算的指標(biāo),然后進(jìn)行判斷選擇,決定由哪些主機(jī)參與計(jì)算。

當(dāng)前,已有的網(wǎng)格信息服務(wù)模塊、網(wǎng)格監(jiān)控模塊,如MDS2將系統(tǒng)平均負(fù)載作為反映狀態(tài)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)提供給用戶;另外,通過系統(tǒng)命令或系統(tǒng)調(diào)用也可以獲得 使用率這個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。系統(tǒng)平均負(fù)載是在特定時(shí)間間隔內(nèi)運(yùn)行隊(duì)列中的平均進(jìn)程數(shù),CPU使用率表示CPU使用程度的指標(biāo),能夠反映出CPU的工作狀態(tài),但由于網(wǎng)格中CPU型號(hào)性能的差異,因此,無法用它們直接網(wǎng)格中CPU的計(jì)算。

為直接網(wǎng)格中主機(jī) CPU的計(jì)算,獲得具有可比性的反映CPU計(jì)算能力的指標(biāo),我們采用計(jì)算量動(dòng)態(tài)選擇算法,在各臺(tái)主機(jī)上周期性地瞬間執(zhí)行計(jì)算量適中的Whestone 基準(zhǔn)計(jì)算,通過PAPI接口編程對(duì)CPU所完成的浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算進(jìn)行精確計(jì)數(shù),用得到的每秒百萬浮點(diǎn)數(shù)MFLOPS作為主機(jī)CPU計(jì)算能力的指標(biāo),定義為 WMFLOPS。得到WMFLOPS后,通過Globus提供的監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)服務(wù)(Monitoring and Discovery Service,MDS),將該指標(biāo)作為資源信息進(jìn)行發(fā)布,作為比較網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)CPU計(jì)算能力的依據(jù),為用戶選擇計(jì)算節(jié)點(diǎn)提供參考。我們編寫了程序 WfpSensor用于上述的實(shí)現(xiàn)。WfpSensor作為傳感器工作于網(wǎng)格中的各個(gè)節(jié)點(diǎn),周期性地對(duì)CPU進(jìn)行計(jì)算測(cè)試,獲得WMFLOPS的返回值,同時(shí),WfpSensor也是MDS服務(wù)中的本地信息提供者,定時(shí)將最新的WMFLOPS值傳遞給MDS系統(tǒng),供用戶查閱。

計(jì)算測(cè)試子程序

CPU 的計(jì)算能力主要體現(xiàn)在浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算能力、定點(diǎn)數(shù)計(jì)算能力和矩陣計(jì)算能力等方面,其中某一類程序在CPU上運(yùn)行的效果并不能全面地反映CPU的計(jì)算能力,所以許多國(guó)際基準(zhǔn)組織開發(fā)了測(cè)試CPU計(jì)算能力的基準(zhǔn)測(cè)試程序,在這類程序中進(jìn)行的操作和運(yùn)算可以相對(duì)全面客觀地考察CPU的計(jì)算能力。本文采用綜合型基準(zhǔn)測(cè)試程序Whestone作為WfpSensor的計(jì)算測(cè)試子程序,Whestone程序中主要包括浮點(diǎn)運(yùn)算、整數(shù)運(yùn)算、涉及到數(shù)組下標(biāo)索引、子程序調(diào)用、參數(shù)傳遞、條件轉(zhuǎn)移和三角/超越函數(shù)等,可以綜合考察CPU提供的計(jì)算能力。

返回指標(biāo)WM FLOPS

WfpSensor 進(jìn)程對(duì)CPU進(jìn)行計(jì)算測(cè)試后,取出CPU在測(cè)試過程中的指標(biāo)來反映CPU的計(jì)算能力。絕大多數(shù)網(wǎng)格計(jì)算都是科學(xué)計(jì)算,而浮點(diǎn)計(jì)算是科學(xué)計(jì)算程序中最主要的計(jì)算,所以選用每秒百萬浮點(diǎn)數(shù)MFLOPS作為反映CPU計(jì)算能力的指標(biāo)。MFLOPS反映了CPU的浮點(diǎn)計(jì)算能力,并且MFLOPS是基于操作而非指令的,可以用它來比較兩種不同CPU的計(jì)算能力。由于是調(diào)用Whestone程序進(jìn)行測(cè)試所得的結(jié)果,因此定義該指標(biāo)為WMFLOPS。

指標(biāo)精確計(jì)數(shù)

指標(biāo)確定后,如何在WfpSensor中精確得到Whestone計(jì)算結(jié)束后的WMFLOPS值成為問題的關(guān)鍵。由美國(guó)田納西大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院創(chuàng)新計(jì)算實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用編程接口PAPI( portable application programming interface)能夠滿足上述要求。該軟件通過CPU上的硬件計(jì)數(shù)器,對(duì)CPU運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的某些事件進(jìn)行計(jì)數(shù),并建立了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用編程接口方便用戶讀出計(jì)數(shù)器的值,通過這些值就可以了解當(dāng)前CPU的工作狀態(tài)。由于CPU生產(chǎn)廠商及型號(hào)的不同,CPU硬件計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)的硬件事件會(huì)有所不同,為標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)的名稱,使同一工具可以計(jì)數(shù)相似的可比較事件,促進(jìn)跨平臺(tái)調(diào)試程序的能力,PAPI開發(fā)者選擇了一套和調(diào)試應(yīng)用程序相關(guān)的硬件事件稱為預(yù)定義事件,作為反映CPU當(dāng)前工作狀態(tài)的指標(biāo)。這些指標(biāo)是跨平臺(tái)的通用事件,包括了大部分主流RISC類事件,并且盡可能把這些預(yù)定義事件映射到給定CPU的硬件計(jì)數(shù)器事件中。在本文中,使用了PAPI_FP_INS這個(gè)PAPI預(yù)定義事件,它表示進(jìn)程執(zhí)行過程中完成的浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算。PAPI提供了精確的計(jì)時(shí)器,精確到微秒,能夠準(zhǔn)確地對(duì)進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí),如果經(jīng)計(jì)數(shù),PAPI_FP_INS事件總數(shù)為n,計(jì)算執(zhí)行時(shí)間為t(單位:μs) ,那么WMFLOPS=n/t。

計(jì)算量動(dòng)態(tài)選擇

采用計(jì)算測(cè)試CPU的計(jì)算能力,必須保證以下兩點(diǎn):

(1) 測(cè)試進(jìn)程應(yīng)盡可能不影響CPU的正常工作,當(dāng)然由于測(cè)試進(jìn)程的引入必將影響到CPU正常運(yùn)行,應(yīng)設(shè)法讓這種影響降到一個(gè)可以接受的程度,并且使計(jì)算給系統(tǒng)帶來的開銷盡可能小。

(2) 測(cè)試進(jìn)程要有一定的計(jì)算量,如果計(jì)算量過小,會(huì)使初始化、函數(shù)調(diào)用等操作消耗的時(shí)間在進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間t中占有較大的比重,從而使WMFLOPS的值比真實(shí)值小,影響測(cè)試結(jié)果的精確性。

為同時(shí)保證(1)需要較小的計(jì)算量和(2)需要較大的計(jì)算量,選擇合適的測(cè)試計(jì)算量十分重要,為此,提出采用計(jì)算量動(dòng)態(tài)選擇的算法確定計(jì)算量。

計(jì)算量的大小控制可以通過改變WfpSensor中調(diào)用Whestone程序的次數(shù)(NUM_LOOPS)實(shí)現(xiàn)。假定使計(jì)算執(zhí)行時(shí)間t(單位:s)在 0.5~1.5的計(jì)算量是合理值,計(jì)算量調(diào)節(jié)系數(shù)為xs。WfpSensor啟動(dòng)時(shí),NUM_LOOPS賦初值。調(diào)用Whestone計(jì)算結(jié)束后,如果:

(1) 0.5≤t≤1.5,在合理區(qū)間內(nèi),NUM_LOOPS的值保持不變。

(2) t>1.5,計(jì)算量偏大,下次測(cè)試應(yīng)減小Whestone的調(diào)用次數(shù),則NUM_LOOPS=NUM_LOOPS/xs。xs為t四舍五入后的整數(shù)值。

(3) t0.5,計(jì)算量偏小,下次測(cè)試應(yīng)增加Whestone的調(diào)用次數(shù),則NUM_LOOPS=NUM_LOOPS3xs。xs為(1/t)四舍五入后的整數(shù)值。

具體算法如下:

start_usec=PAPI_get_real_usec();//通過PAPI函數(shù)獲得計(jì)算開始時(shí)的時(shí)刻

do_wst(NUM_LOOPS);//Whestone寫成函數(shù),對(duì)它進(jìn)行調(diào)用,NUM_LOOPS是調(diào)用次數(shù)

end_usec=PAPI_get_real_usec();//通過PAPI函數(shù)獲得計(jì)算結(jié)束時(shí)的時(shí)刻

t=(end_usec-start_usec);//獲得計(jì)算執(zhí)行的時(shí)間

if(t>1.5)//根據(jù)本次計(jì)算執(zhí)行時(shí)間決定下次測(cè)試的調(diào)用次數(shù)

{

if((t-floor(t))>0.5)//取最靠近t的整數(shù)

xs=floor(t)+1;

else

xs=floor(t)

NUM_LOOPS=NUM_LOOPS/xs;//修改調(diào)用次數(shù)

}

else

if(t0.5)

{

if((1/t-floor(1/t))>0.5)//取最靠近1/t的整數(shù)

xs=floor(1/t)+1;

else

xs=floor(1/t);

NUM_LOOPS =NUM_LOOPS3xs;//修改調(diào)用次數(shù)

}


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