并行机互连网络仿真系统INS的设计和实现

摘要

并行计算机作为解决高性能计算需求的一种有效途径之一,广泛应用于天气预报、基因分析等多项科研领域。互连网络作为并行计算机的重要组成部分,是决定并行计算机整体性能的关键因素之一,因此成为并行计算机领域的研究重点。仿真作为一种对系统进行动态模拟研究的方法,可以有效降低风险和提高效率,成为互连网络研究领域的一种重要方法。模拟仿真的应用促进了多种互连网络仿真系统的出现,但这些仿真系统多数针对特定研究目的研发,难以通用于不同的互连网络研究,因此开发一款具有通用性的互连网络仿真系统成为当前研究的热点。 本文通过对多种互连网络仿真系统的研究总结,设计了一种新的互连网络仿真系统INS(Interconnection Network Simulator),采用组件化方式封装系统并交付使用。INS系统为互连网络模拟提供了统一硬件仿真平台,分为仿真内核和用户接口两部分。仿真内核采用面向对象方式开发,可以运行于不同的编译器,具有良好的可移植性。系统各个模块之间功能划分清晰,具有较低的耦合度,易于进行系统功能扩展。 INS系统通用于多种互连网络结构设计。运用通用网络描述语言TOD,可以仿真各种拓扑结构的互连网络；路由器模型中路由功能单元提供统一编码接口,可以支持多种用户自定义路由算法；交换机制以数据包交换为基础,可实现对存储转发、虚拟直通和虫蚀三种机制的简单选择；通过产生概率、目的地址和消息长度三个因素决定网络消息的产生,可以生成多种网络通信情况；通过批处理和实时动态两种运行模式,可以提供多种网络性能观测。多种仿真测试证明,实验数据和理论分析结果相符合,INS系统可用于多种互连网络研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

第一节并行计算机和互连网络

第二节互连网络性能研究方法

第三节论文导读

第二章互连网络仿真系统概述

第一节互连网络理论

2.1.1直接网络

2.1.2互连网络性能指标

第二节系统仿真技术

2.2.1系统仿真概念

2.2.3互连网络模拟仿真

第三节互连网络仿真系统的研究

2.3.1国内外研究现状

2.3.2仿真系统总结

2.3.3 INS系统特点

第三章INS仿真平台系统架构

第一节系统软件设计思想

3.1.1面向对象

3.1.2工厂模式

3.1.3面向组件和DLL

3.1.4XML

第二节系统整体架构

3.2.1 INS系统结构

3.3.2逻辑单元通信

3.3.3系统运行流程

3.3.4目标互连网络

3.3.5系统时钟

3.3.6系统参数

3.3.7系统特点和功能特征

第四章INS系统详细设计

第一节路由器

4.1.1分层服务

4.1.2系统结构

4.1.3路由算法

4.1.4交换机制

4.1.5虚拟通道

4.1.6数据流控制

第二节网络连接

4.2.1拓扑结构数学分类

4.2.2拓扑结构描述语言TOD

4.2.3网络连接管理

第三节网络负载

4.3.1网络消息产生

4.3.2网络负载模块

第四节性能监测

4.4.1运行模式

4.4.2实时监控

4.4.3性能分析

第五章系统测试和功能验证

第一节系统测试流程

第二节仿真功能验证

5.2.1拓扑描述通用性验证

5.2.2交换机制正确性验证

5.2.3路由算法正确性验证

5.2.4网络负载多样性验证

第三节系统仿真小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、学术论文与研究成果