65、BSP编程模型与业务流程分析详解

BSP编程模型与业务流程分析详解

1. BSP编程模型概述

BSP（Bulk Synchronous Parallel）编程模型是一种迭代的无共享并行计算模型，由Valiant于1990年首次提出，它将应用程序的并行化抽象为三个阶段：计算、通信和同步。每个迭代（或超级步）按顺序运行这三个步骤，并重复执行，直到应用程序完成计算。该模型并非绑定于特定的编程模型或硬件，后续也出现了多种变体，如扩展BSP、可分解BSP等，旨在改善通信成本、提高数据局部性和降低同步成本。

BSP模型可用于多种应用，包括不同实体之间的点对点消息传递、快速傅里叶变换、数据排序、PageRank和图着色等。虽然MPI可用于实现BSP，但也有一些通信库，如BSPlib，能以自定义消息传递协议来支持BSP模型。

2. BSP模型的三个阶段

• 计算阶段 ：此阶段执行用户逻辑，从用户代码生成多个独立的计算单元，并在输入数据集上并发运行。每个计算单元有唯一ID，被分配输入的一个不同子集，只能访问其本地内存。为确保计算单元的自主性，用户代码必须自包含，不依赖与其他单元的显式同步，这样计算单元可随机调度到任何可用资源上，不影响代码正确性。
• 通信阶段 ：允许计算单元直接向其他单元发送固定大小的消息（点对点通信）。该阶段处理消息的缓冲技术、对象序列化和路由协议，以确保消息成功传递到计算单元。某一迭代中发送的消息仅在下一迭代中对目标计算单元可用。通信阶段的执行可与计算阶段重叠，以提高系统整体性能。研究提出了多种技术来改进此阶段性能，如消息聚合、广播和利用远程直接内存访问（RDMA）降低网络成本。