7、多核与网络感知的 MPI 拓扑函数

多核与网络感知的 MPI 拓扑函数

1. 引言

随着多核架构和高性能互连技术的发展，集群计算正朝着更高性能迈进。这类系统的节点架构和互连网络日益呈现出层次化的特点，不同层次的通信性能存在差异。因此，通信库需要高效处理高性能计算（HPC）应用在这些层次化系统上的通信需求。

消息传递接口（MPI）是 HPC 应用中主要的消息传递标准。它提供了一组接口，用于根据应用的通信模式构建虚拟拓扑，并支持对进程进行重映射以优化性能。然而，大多数 MPI 库对这些功能的实现较为简单，缺乏有效的进程重映射支持。

本文设计了 MPI 非分布式拓扑函数（MPI_Graph_create 和 MPI_Cart_create），用于在层次化集群上进行高效的进程重映射。通过将节点物理拓扑与网络架构集成，并在 MPI 库中使用图嵌入工具，我们改进了拓扑函数的实现，优化了初始进程映射。在两个不同的 InfiniBand 集群上进行的微基准测试和 MPI 应用测试表明，该实现可显著提高通信性能和应用执行时间。

2. 背景与动机

MPI 定义了一组用于图和笛卡尔结构的虚拟拓扑定义函数，如 MPI_Graph_create 和 MPI_Cart_create。这些函数接受虚拟拓扑并返回包含所需拓扑的新 MPI 通信器。如果用户选择重排序，函数可能会对进程排名进行重新排序，以实现高效的进程到核心映射。

这些函数接受的拓扑是非分布式的，即所有节点都对整个结构有完整的视图，并将所有信息传递给函数。最近，MPI 标准增加了分布式图拓扑功能，以支持大规模系统。在这些函数中，每个节点对图只有有限的邻域视图，所有进程以分布式方式共同构建虚拟拓扑。

尽