Doctoral Thesis DIS-2000-02

BibliographyDing, Yun: Kommunikation in hierarchischen Speichersystemen.
University of Stuttgart, Faculty of Computer Science, Electrical Engineering, and Information Technology, Doctoral Thesis (2000).
200 pages, german.
CR-SchemaC.2.4 (Distributed Systems)
Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Techniken zur Behandlung von Kommunikationslatenz in hierarchischen Speichersystemen. Dabei liegt der Schwerpunkt auf ihrer Tolerierung. Die Kommunikation zwischen Cache und Hauptspeicher sowie die Kommunikation zwischen lokalem und entferntem Hauptspeicher werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Charakteristika getrennt behandelt. Für die Kommunikation zwischen Cache und Hauptspeicher wird ein neuer universaler hardwarebasiert er Prefetchmechanismus vorgestellt. Als Motivation diente dabei die Einsicht, dass der Einsatz der vorhandenen Prefetchmechanismen aufgrund der verwendeten Methoden zur Zugriffsvoraussage auf bestimmte Anwendungsklassen beschränkt ist. Dem neuen Prefetchmechanismus liegt ein neues Konzept der Zugriffsbindung zugrunde. Dabei werden die Verbindungen zwischen den Zugriffen in die Klassen der daten- und instruktionsbezogenen Verbindungen unterteilt. Dies ermöglicht, verschiedene Zugriffsmuster in einer einheitlichen Notation zu beschreiben. Die aus der Literatur bekannte einstufige Zugriffsvoraussage wird um eine zweite Stufe erweitert, um instruktionsbezogene Zugriffsbindungen verarbeiten zu können. Aufbauend auf diesen Resultaten wird ein neuer hardwarebasierter Prefetchmechanismus entwickelt, dessen Leistungspotential anhand detaillierter cycle-by-cycle-Simulationen evaluiert wird.

Der Optimierung der Kommunikation zwischen lokalem und entferntem Hauptspeicher wird durch die gekoppelte Simulation multidisziplinärer gitterbasierter Anwendungen motiviert. Die Zielsetzung liegt in der Integration vorhandener Software einzelner Disziplinen, um Entwicklungs- und Validierungskosten der Softwareerstellung gering zu halten, sowie in der Integration task- und datenparalleler Paradigmen, um eine effiziente Ausführung auf Parallelrechnern zu ermöglichen. Ein neues paralleles Shared-Memory-Programmiermodell wird vorgestellt. Es stellt einerseits einem Anwendungsprogrammierer ein hohes Abstraktionsniveau für die Darstellung der Kopplungsalgorithmen zur Verfügung und gewährleistet anderseits eine effiziente Implementierung durch Verwendung von Techniken zur Tolerierung von Kommunikationslatenz. Weiterhin werden neue Konzepte zur flexiblen Gestaltung der Kopplungsalgorithmen sowie zur Unterstützung dynamischer Veranderungen der Gitter beschrieben. Die Leistungsmerkmale des neuen Programmiermodells werden anhand eines Beispiels demonstriert. Schließlich wird seine Anwendung anhand der Kopplung eines Strömungs- mit einem Mechanikmodell illustriert.

Department(s)University of Stuttgart, Institute of Parallel and Distributed Systems, Distributed Systems
Entry dateSeptember 29, 2004
   Publ. Department   Publ. Institute   Publ. Computer Science