2、多核处理器高性能计算：MPI与OmpSs的协同应用

多核处理器高性能计算：MPI与OmpSs的协同应用

1. 引言

当前，构建集群和超级计算机的趋势是使用通过高速网络连接的中大型对称多处理器（SMP）节点。应用程序需要采用分布式和共享内存编程来适应这些执行环境，从而形成混合编程模式。常见的混合应用程序使用消息传递接口（MPI）进行分布式环境编程，使用OpenMP支持共享内存。本文旨在展示如何使这两种编程模型实现互操作性，减轻程序员的工作负担，通过良好的互操作性实现高性能。

2. OmpSs编程模型

我们使用OmpSs作为共享内存编程模型。OmpSs是在巴塞罗那超级计算中心（BSC）开发的，用于测试新的OpenMP扩展，旨在促进共享内存和混合编程。它是一种基于指令的编程模型，采用数据流方法实现顺序程序的并行执行。

程序员使用OmpSs指定可能并行运行的代码部分（即任务），以及任务内要读取（in）和/或写入（out）的数据，这些额外信息被称为数据方向性提示。源到源的Mercurium编译器利用任务和数据方向性提示来转换原始程序，将任务卸载到函数中并异步调用。运行时系统会根据数据可用性来调度任务。2013年，任务数据方向性提示被纳入OpenMP标准的4.0版本。

OmpSs主要由两个组件构成：
- Mercurium编译器：根据指令注释转换应用程序代码。
- Nanos++运行时系统：为编译器提供管理任务的应用程序编程接口（API），并负责任务的执行。

3. MPI + OmpSs互操作性

混合应用程序结合使用两种或多种并行编程模型以提高性能，常见的组合是MPI和OmpSs。例如，程序员可以在每个节点上运行一个或多个MPI进程，并