13、非阻塞集体 I/O 操作与 MPI 单边通信优化

非阻塞集体 I/O 操作与 MPI 单边通信优化

非阻塞集体 I/O 操作的设计与评估

在并行计算中，I/O 操作往往是性能瓶颈之一。为了提高效率，非阻塞集体 I/O 操作成为了研究的热点。

1. 重叠潜力评估

通过实验测试不同进程数量下非阻塞集体 I/O 操作与计算操作的重叠情况，相关数据如下表所示：
| 进程数量 | 仅 I/O 时间 | 重叠时间 | 计算耗时 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 64 | 85.69 秒 | 85.80 秒 | 85.69 秒 |
| 128 | 205.39 秒 | 205.91 秒 | 205.39 秒 |

从表中数据可以看出，在理想情况下，计算操作和 I/O 操作的时间相近，这为两者的重叠提供了可能。不过，要实现 I/O 操作的完全隐藏，需要满足一定的条件。libNBC 库可以通过进度线程或定期插入 NBC Test 函数调用来推进操作。在本次分析中，选择了后一种方法。而且，NBC Test 函数的调用频率和次数对重叠性能有很大影响。调用过于频繁会引入额外开销，调用次数过少则库无法有效推进操作。实验发现，动态分割算法执行一个周期的时间是两次连续调用 NBC Test 函数的最佳间隔。

2. 应用场景测试

使用一个并行图像处理应用进行进一步测试，该应用用于分析细针穿刺细胞学涂片样本，以辅助医生识别癌细胞。由于显微镜分辨率高，且图像在不同波长下采集以识别细胞的不同化学性质，因此数据量巨大。例如，一个 1cm×1cm、具有 31 个光谱通道的样本图像可能包含高达 50GB 的原始数据。MPI 版本的代码