哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院

哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院1并行处理与体系结构哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院2第3章性能指标和基准程序1系统和应用的基准程序2性能和成本3基本性能指标4并行计算机性能5并行程序性能6可扩展性和加速比分析哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院36可扩展性和加速比分析本节将讨论：基于3种加速比指标；引入3种性能模型。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院4描述说明：①n是并行系统中处理器数；②W是问题规模(计算负载、工作负载，它定义为给定问题的总计算量)；③Ws，Wp，Ws=W1；④--串行分量比例，=Ws/W；1-为并行分量比例；⑤Ts=T1为串行执行时间，Tp为并行执行时间；⑥S为加速(比)；E为效率。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院5一、Amdahl定律：特点：固定问题规模，原因多种描述：哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院6另一种表示：说明：①②③哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院7哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院8哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院9哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院10实际上，并行加速不仅受限于程序的串行分量，而且也受并行程序运行时的额外开销影响。令T0为额外开销（与n相关）。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院11例:并行APT执行的加速比上限考察并行APT程序的图。在以下的条件下估计Amdahl加速比上限：(1)不计所有开销；(2)考虑所有开销,并假设T0(∞)=T0(256)解：(1)当忽略所有开销时，工作负载等于W=14．37s顺序成分是HT步，说明:α=0.04／14．37=0．278％。根据Amdahl定律，加速比的上限为：1／α=359。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院12哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院13(2)由方程式可知：T0(256)=0．0479s。故平均开销为:T0∞／W=0．0479／14．37=0．00333根据方程式，该加速比有一个较严格的上限值:1／(0．00278+0．00333)=163哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院14二、Gustafson定律：固定时间JohnGustafson(1988年)提出了固定时间的概念。①对于很多大型应用计算，精度是关键，而计算时间是固定不变的。为了提高精度，必须加大计算量，增多处理器数，才能维持时间不变；哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院15②在实际应用中，没有必要固定工作负载，而计算程序运行在不同数目的处理器上，增多处理器必须相应地增大问题规模，才有实际意义。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院16哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院17哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院18哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院19哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院20当考虑到并行程序运行时的额外开销W0，应修改为：哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院21三、Sun和Ni定律：存储受限Xian-HeSun(孙贤和)和LionelNi于1993年将Amdahl定律和Gustafson定律一般化，提出了存储受限的加速定律。基本思想：只要存储空间许可，应尽量增大问题规模，以产生更好和更精确的解(此时可能使执行时间略有增加)。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院22给定一个存储受限问题，假定在单节点上使用了全部存储容量M，并在相应于W的时间内求解完毕。此时工作负载W=αW+(1-α)W；哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院23在n个节点的并行系统上，能够求解较大规模的问题是因为存储容量可增加nM。令因子G(n)反应存储容量增加到P倍时工作负载的增加量，扩大后的工作负载:W=αW+(1-α)G(n)W哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院24存储受限的加速公式相应为：哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院25哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院26哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院27当考虑到并行程序运行时的额外开销T0，应修改为：哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院28G(n)=1时，它变为Amdahl加速定律：当G(n)=n时，它变为Gustafson加速定律：S”=α+n(1-α)哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院29当G(n)n时，它相应于计算机负载比存储要求增加得快;此时Sun和Ni加速均比Amdahl加速和Gustafson加速为高。哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院30本章总结：重点讨论了计算机系统的性能评价问题：系统和应用的基准程序、性能和成本、基本性能指标、并行计算机性能、并行程序性能和可扩展性和加速比分析