4、消息传递与虚拟共享内存的性能比较

消息传递与虚拟共享内存的性能比较

1. 引言

在分布式和并行计算领域，已经发展出了多种编程范式，并且有不同的编程环境可供选择。本文主要对消息传递（MP）模型和虚拟共享内存（VSM）模型这两种重要编程范式的代表进行性能评估和比较。

消息传递模型是早期为支持分布式计算环境中进程间通信和数据传输而开发的概念。每个进程只能访问其私有内存，通过显式的发送/接收命令在进程间传输消息。重要的实现有PVM（并行虚拟机）和MPI（消息传递接口）。MPI包含用于显式消息传递的例程库，专为高性能计算设计，是追求高性能尤其是大规模并行计算时的经典选择。但开发高效的MPI代码需要较高的实现成本，调试、修改和维护的代价也相对较高。

虚拟共享内存模型是一种更高级的抽象，它对程序员隐藏了显式的消息传递命令。独立的进程可以访问分布式资源上共享的数据项，这些共享数据用于进程间的同步和通信。与MP模型相比，它具有实现和调试更简单、代码结构更灵活和模块化、进程与数据解耦支持异步通信以及代码可移植性更高等优点。然而，这种高级抽象的舒适性和灵活性往往会在性能方面付出代价，因此通常不与传统的高性能计算应用相关联。

为了研究VSM模型的性能缺点，本文考虑了UPC（统一并行C）和CORSO（协调共享对象）这两种VSM模型的实现。

2. 虚拟共享内存范式

• UPC ：UPC是ANSI C标准的并行扩展，用于分布式共享内存计算机，支持高性能科学应用。在UPC编程模型中，一个或多个线程独立工作，线程数量在编译时或运行时固定。UPC的内存分为私有内存空间和共享内存空间，每个线程有自己的私有内存，只能由该线程访问，而共享内存逻