Amdahl’s law (阿姆达尔定律)的演化和思考

本文介绍了并行计算领域的三个重要模型:Amdahl's Law、Gustafson's Law 和 Sun and Ni's Law,探讨了它们如何定义并行处理系统的性能提升,并分析了不同模型在扩展性和处理器利用率方面的差异。

G.M.Amdahl在1967年提出了Amdahl’s law,针对并行处理的scalability给出了一个模型,指出使用并行处理的提速由问题的可并行的部分所决定。这个模型为并行计算系统的设计者提供了指导。

其形式如下:

f为问题中可被并行处理的部分的比例,m为并行处理机的数量,Speedup为并行后相比串行时的提速。

Amdahl’s law表明在问题的可并行部分不大时,增加处理机的数量并不能显著地加快解决问题的时间。这让计算机界产生了悲观的情绪,有人认为搞多处理器的机器没什么 前途。但是,Amdahl’s law忽略了一些重要的事实。Amdahl’s law是一个fixed-size model,就是要解决的问题的大小是固定的,可并行化的比例是固定的。而在实际中,我们不会用1000个处理机来处理一个小问题,当我们的计算能力的总 和增加之后,可以也应该去解决更大的问题。当问题更大的时候,通常情况下,这个问题也有更大的可能被分为可并行化的小问题(或者说处理多个相互独立的问 题),也就意味着f更大(更接近1),能得到更大的Speedup。

直到1988年,Gustafson提出了一个fixed-time model,也即Gustafson’s Law,人们对重拾对大规模并行计算的信心。Gustafson’s Law可表示为以下公式:

对一个在单处理机上的工作w,我们将其扩大到m个核上,scaled workload为w’=(1-f)w+fmw。对在串行条件下对w’的处理时间比上在并行条件下对w’的处理时间即为Speedup。在这个模型中,问 题的规模是可以被扩大(scale)的。从这个公式可以看到,f固定时,speedup显线性增长。

在1990年,Sun and Ni提出了memory-bounded model,即Sun and Ni’s law。形式如下:

在这个模型下,workload被scale的方式不同,workload跟随着memory的增长而以某种方式增加(G(n))。在这个模型里,Speedup也随处理机的数量的增长而线性增长,而且比Gustafson’s Law的增长情况更乐观。

其实,这几个模型其实在本质上是一致的,并没有冲突,那为什么Speedup会有那么大的不同呢?这是因为处理机的使用率。当workload被 scale,而不是fix时,增加的处理机就会有事可做,保持一个比较高的使用率。也就是这些computing capacity没有被浪费掉。如果没有被浪费掉,这些computing capacity就在一定的时间多完成了一些工作,完成整个工作的时间就缩短了。所以,Speedup就变大了。

结论是,多搞些处理机是没错的,但是要有具有好的scalability的系统支持,以提高处理机的使用率。

For more about Amdahl’s law, visit

http://en.wikipedia.org/wiki/Amdahl’s_law

标题基于SpringBoot的马术俱乐部管理系统设计与实现AI更换标题第1章引言介绍马术俱乐部管理系统的研究背景、意义、国内外研究现状、论文方法及创新点。1.1研究背景与意义阐述马术俱乐部管理系统对提升俱乐部管理效率的重要性。1.2国内外研究现状分析国内外马术俱乐部管理系统的发展现状及存在的问题。1.3研究方法以及创新点概述本文采用的研究方法,包括SpringBoot框架的应用,以及系统的创新点。第2章相关理论总结评述与马术俱乐部管理系统相关的现有理论。2.1SpringBoot框架理论介绍SpringBoot框架的基本原理、特点及其在Web开发中的应用。2.2数据库设计理论阐述数据库设计的基本原则、方法以及在管理系统中的应用。2.3马术俱乐部管理理论概述马术俱乐部管理的基本理论,包括会员管理、课程安排等。第3章系统设计详细描述马术俱乐部管理系统的设计方案,包括架构设计、功能模块设计等。3.1系统架构设计给出系统的整体架构,包括前端、后端数据库的交互方式。3.2功能模块设计详细介绍系统的各个功能模块,如会员管理、课程管理、预约管理等。3.3数据库设计阐述数据库的设计方案,包括表结构、字段设计以及数据关系。第4章系统实现介绍马术俱乐部管理系统的实现过程,包括开发环境、编码实现等。4.1开发环境搭建介绍系统开发所需的环境,包括操作系统、开发工具等。4.2编码实现详细介绍系统各个功能模块的编码实现过程。4.3系统测试与调试阐述系统的测试方法、测试用例以及调试过程。第5章系统应用与分析呈现马术俱乐部管理系统的应用效果,并进行性能分析。5.1系统应用情况介绍系统在马术俱乐部中的实际应用情况。5.2系统性能分析从响应时间、并发处理能力等方面对系统性能进行分析。5.3用户反馈与改进收集用户反馈,提出系统改进建议。第6章结论与展望总结马术俱乐部管理系统的设计与实现成果,并展望未来的研究
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