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內(nèi)容簡介

　　高性能計算機的性能持續(xù)增長，然而由于負載不均、資源競爭等性能問題，大量并行程序無法高效地利用底層硬件系統(tǒng)，導致了極大的資源浪費。圍繞上述挑戰(zhàn)，本書在大規(guī)模并行程序性能分析與優(yōu)化方面開展了深入研究，主要的特色為結(jié)合編譯技術和圖分析技術進行性能分析與優(yōu)化指導。書中介紹了性能分析與優(yōu)化的相關背景和當前面臨的重要挑戰(zhàn)，并針對這些挑戰(zhàn)進行了四方面的研究工作：針對并行程序性能瓶頸定位難的挑戰(zhàn)，提出了基于圖分析技術的自動可擴展性瓶頸檢測方法，并實現(xiàn)了輕量級的瓶頸檢測系統(tǒng)；針對大規(guī)模并行程序性能分析系統(tǒng)開發(fā)復雜度高的挑戰(zhàn)，提出了面向性能分析的領域特定編程框架；針對性能優(yōu)化策略選擇難的挑戰(zhàn)，提出了異步策略感知的性能建模方法；基于上述性能分析與建模技術，設計并實現(xiàn)了面向領域的多層次自動性能優(yōu)化系統(tǒng)。本書可為具有一定計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或高性能計算知識的本科生、研究生及研究人員，特別是研究方向為并行計算、性能分析與優(yōu)化等相關領域的研究者提供一定的參考與幫助。

作者簡介

　　金煜陽，清華大學計算機系高性能所博士后，助理研究員。2022年于清華大學計算機系高性能所獲得博士學位。主要研究興趣包括高性能計算、性能分析與優(yōu)化、編譯器等，相關研究成果發(fā)表于SC、PPoPP、TPDS等高性能計算領域國際頂級會議與期刊，曾獲清華大學優(yōu)秀博士學位論文獎、清華大學優(yōu)秀博士畢業(yè)生等稱號。

圖書目錄

第 1 章引言 1
1.1 本書背景及意義 1
1.1.1 性能分析技術的現(xiàn)狀 4
1.1.2 性能優(yōu)化技術的現(xiàn)狀 5
1.2 大規(guī)模并行程序性能分析與優(yōu)化面臨的關鍵問題 6
1.3 本書的主要研究內(nèi)容與貢獻 8
1.3.1 本書的主要貢獻 8
1.3.2 本書的組織及各章內(nèi)容簡介 9
第 2 章相關工作 11
2.1 性能分析相關研究 11
2.1.1 程序分析 11
2.1.2 性能分析技術 14
2.2 性能預測相關研究 18
2.2.1 性能建模 18
2.2.2 性能模擬 21
2.3 性能優(yōu)化相關研究 22
2.3.1 并行程序優(yōu)化 22
2.3.2 統(tǒng)一編程模型 23
2.3.3 自動優(yōu)化框架 24
第 3 章基于圖的并行程序可擴展性瓶頸檢測 26
3.1 整體框架 28
3.2 圖的生成 29
3.2.1 靜態(tài)分析 29
3.2.2 動態(tài)分析 34
3.2.3 程序性能圖的生成 41
3.3 可擴展性瓶頸檢測 42
3.3.1 性能問題頂點檢測 42
3.3.2 反向追蹤根因分析 44
3.4 實現(xiàn)與使用方法 46
3.5 實驗結(jié)果 47
3.5.1 實驗環(huán)境 47
3.5.2 程序結(jié)構(gòu)圖分析 48
3.5.3 開銷分析 49
3.5.4 應用案例 51
3.6 小結(jié) 57
第 4 章面向性能分析的領域特定編程框架 59
4.1 整體框架 62
4.1.1 PerFlow系統(tǒng)框架 62
4.1.2 編程示例：通信分析任務 64
4.2 程序性能抽象 64
4.2.1 程序抽象圖的定義 65
4.2.2 靜動態(tài)分析 66
4.2.3 程序抽象圖的構(gòu)建 66
4.2.4 程序抽象圖的視圖 69
4.3 性能分析過程抽象 71
4.3.1 性能分析數(shù)據(jù)流圖 71
4.3.2 性能分析數(shù)據(jù)流圖的元素 72
4.3.3 性能分析子任務 73
4.3.4 性能分析范例 76
4.3.5 框架的使用方法 78
4.4 實驗結(jié)果 79
4.4.1 實驗配置 79
4.4.2 開銷分析 80
4.4.3 程序抽象圖信息 81
4.4.4 應用案例 82
4.5 小結(jié) 93
第 5 章異步策略感知的精確性能建模 95
5.1 整體框架 96
5.2 模塊內(nèi)建模 98
5.2.1 層次化建模技術 98
5.2.2 解析—統(tǒng)計結(jié)合的建模技術 99
5.3 模塊間模擬 101
5.3.1 異步策略表達 101
5.3.2 硬件感知性能模擬 101
5.4 HPL 分析 103
5.4.1 HPL 介紹 103
5.4.2 HPL 各模塊的模塊內(nèi)模型 105
5.5 實驗與分析 107
5.5.1 實驗配置 107
5.5.2 端到端預測精度測試 108
5.5.3 模塊預測精度測試 110
5.5.4 假設分析 110
5.5.5 預測效率測試 112
5.6 小結(jié) 112
第 6 章面向領域的多層次性能優(yōu)化框架 114
6.1 框架設計 115
6.2 面向計算流體力學領域的中間表達和語言 117
6.2.1 領域中間表達 117
6.2.2 領域特定語言 121
6.3 多層次中間表達遞降 125
6.3.1 領域中間表達遞降 126
6.3.2 通用中間表達遞降 126
6.4 多層次感知優(yōu)化 128
6.4.1 領域級優(yōu)化 128
6.4.2 通用優(yōu)化 132
6.4.3 硬件級優(yōu)化 132
6.5 實驗. 134
6.5.1 實驗配置 134
6.5.2 端到端性能 135
6.5.3 性能模型的有效性測試 135
6.6 小結(jié) 139
第 7 章總結(jié)與展望 140
7.1 本書工作總結(jié) 140
7.2 后續(xù)研究方向 141
參考文獻 143
致謝 156