JP2012221004A - 並列計算機システム、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 タイムチャート500に示すワーカノードW1〜W3は、ワーカ判定時刻1までにタスク処理が完了しなかった場合に、マスタノードMへ処理未完了を示す通信502を行い、マスタノードMはマスタ判定時刻1までに通信502を受信していた場合には、補正処理時間ΔTだけ処理時間を延長することを示す通信504を行って、同期時刻を延長する調整を行うことにより、適応的な同期時刻の設定を可能とし、その同期オーバヘッドを削減することができる。
【選択図】 図5
Description
本実施例にかかるバリア同期方式では、全てのワーカノードにおけるタスク処理が所定時間(これを基本処理時間Tと定義する)以内に終わることを期待して、ある同期判定時刻を設定し、前記同期判定時刻におけるワーカノードのタスク処理状況によって、マスタノードが同期判定を行う。タスク処理状況の把握は、ワーカノードが基本処理時間T以内にタスク処理を完了しなかった場合にのみ、マスタノードへ処理未完了通知を送信することで行う。すなわち、同期判定時刻までにマスタノードに通知がなければ全てのワーカノードにおけるタスク処理が完了したと判定する。
一方、図3には同期判定時刻までに一部のワーカノードがタスク処理を完了しなかった場合の動作タイムチャート300を示している。この場合、所定延長時間(これを補正処理時間ΔTと定義する)だけ同期判定時刻2を延長した同期判定時刻2’を設定し、同期判定時刻2’にて再度同期判定を行う。図3の例では同期判定時刻2’にて同期を完了し、次のタスク処理へ進む。ここで、基本処理時間Tおよび補正処理時間ΔTはアプリケーションのプログラム中に記述される設定値である。
以上が本実施例にかかる同期方式の概要である。
・全ワーカノードが同一のプログラムを実行するSPMD(Single Program Multiple Data)型である。
・同期完了後の中間結果データ転送処理などの通信先が予め固定されている。
・ワーカノードはタスク処理と同期処理を規定回数繰り返す。
まず、図4を用いて、バリア同期方式において、同期判定時刻までに全てのワーカノードが処理を完了した場合の、並列計算機システム100の動作について説明する。図4の400は同期判定時刻までに全てのワーカノードが処理を完了した場合の詳細タイムチャートである。並列計算機システム100における、マスタノード(M)とワーカノード(W1、W2、W3)が行う同期処理に関する処理と通信(実線矢印)を時系列で示している。本実施例においてワーカノード数はいくつでもよいが、ここでは簡単化して説明するためワーカノード数を3つとして説明する。
マスタノードから通信402を受信したワーカノードは取得した情報を元にプロセスを起動し、タスク処理開始の準備を行う。
次に、図5を用いて、バリア同期方式において、同期判定時刻までに一部のワーカノードが処理を完了しなかった場合の並列計算機システム100の動作について説明する。図5の500は同期判定時刻までに一部のワーカノードが処理を完了しなかった場合の並列計算機システム100の動作を示すタイムチャートである。図の見方は図4と同様であり、図4と同一のものには同一の符号を付している。
並列処理プログラムが実行されると、まずステップST600として基本処理時間Tと補正処理時間ΔTの取得を行う。これは時刻450の動作に対応する。次にステップST602としてマスタノードは全ワーカノードへワーカノードが実行すべきプログラムとその初期値を送信する。これは時刻452の動作に対応する。次に、ステップST604として全ワーカノードへ処理開始通知を送信する。このとき基本処理時間Tの情報も一緒に送信する。その後、ステップST606としてマスタ判定時刻を算出し、タイマへ設定する。これは時刻454の動作に対応する。次に、ステップST608としてマスタ判定時刻まで待機し、マスタ判定時刻にてステップST610としてワーカノードから処理未完了通知を受信したかを確認する。これはマスタ判定時刻1の動作に対応する。
ワーカノードは、まず、ステップST702としてマスタノードからワーカノードが実行すべきプログラムとその初期値を取得する。これは時刻452の動作に対応する。次に、ステップST704としてマスタノードから処理開始通知を受信するまで待機する。マスタノードから処理開始通知を受信すると、一緒に送信されてきた基本処理時間Tの情報を用いて、ステップ706としてワーカ判定時刻を算出し、タイマへ設定する。これは時刻456の動作に対応する。次に、ステップST708としてワーカ判定時刻までタスク処理を行い、ワーカ判定時刻にてステップST710としてタスク処理が完了しているかを確認する。これはワーカ判定時刻1の動作に対応する。
(M−1)基本処理時間T、補正処理時間ΔTの取得手段(ST600)
(M−2)マスタ・ワーカの識別手段(ST602)
(M−3)処理開始・同期完了・処理延長の通知手段(ST604、ST620、ST630)
(M−4)マスタ判定時刻にタイマ割込を得る手段(ST606、ST608、ST624、ST632)
(M−5)全ワーカノードの処理完了の判定手段(ST610)
(M−6)基本処理時間Tと補正処理時間ΔTの更新手段(ST612)
以下、(M−1)〜(M−6)までの実現手段を示す。
基本処理時間Tと補正処理時間ΔTの取得については、これらを割込時間間隔情報876の基本処理時間1002および補正処理時間1004に設定するためのアプリケーション・プログラム・インタフェース(API)を用意し、アプリケーションのプログラマに公開することにより、実行時に並列処理プログラム842から得られる。並列処理プログラム842から得られなかった場合は基本処理時間1002および補正処理時間1004のデフォルト値を採用する。
本実施例においてマスタノードとワーカノードではその動作が異なる。そのため、計算ユニット110がマスタノードであるのか、ワーカノードであるのかを事前に認識する必要がある。本実施例において計算ユニット110がマスタノードであることは分散並列処理制御部880のプログラムにてステップST602を行う際に識別可能であり、このときにマスタ・ワーカ情報882へその識別情報を書き込む。この情報を参照することで計算ユニット110はマスタノードであることを識別可能である。
本実施例にかかるマスタノードは処理開始通知、同期完了通知、処理延長通知という3種類のブロードキャスト通信を行う。前記3種の通知については、処理開始、同期完了、処理延長ごとに識別コードを設定し、データとして送信することで受信側にて識別可能である。送信についてはOS844の基本機能を使用して通信制御部820−aへブロードキャストによる送信を依頼し、これを受けた通信制御部820−aが送信を実行する。ここで、処理開始と同期完了の通知を行う際には、識別コードに加えて基本処理時間Tの情報も一緒に送信する。また、処理延長の通知を行う際には、識別コードに加えて補正処理時間ΔTの情報も一緒に送信する。
マスタノードについては基本処理時間Tに基づくマスタ判定時刻(ST606、ST624)と補正処理時間ΔTに基づくマスタ判定時刻(ST632)の2種類のタイマ割込間隔がある。
ここでは処理未完了通知情報904を得る手段と、この情報を基に全ワーカノードの処理完了判定を行う手段を示す。
(M−5−1)外部からデータを受信してもプロセッサ810に割込通知(通信割込)を送信しない。
(M−5−2)受信データの書込み先を処理未完了通知情報904のアドレス領域とする。
最後に、基本処理時間Tと補正処理時間ΔTの更新手段を示す。基本処理時間Tと補正処理時間ΔTの更新は間隔最適化プログラム866が行う。ステップST610にて全ワーカノードがタスク処理を完了したと判定されると、同期制御プログラム862にて間隔最適化プログラム866が呼び出され、所定のアルゴリズムにて算出された基本処理時間Tと補正処理時間ΔTの値によって割込時間間隔情報876にある基本処理時間1002と補正処理時間1006の値が更新される。
(M−6−1)処理時間延長回数N_adjによって増減を決定する。
(M−6−2)処理時間延長継続回数N_stgと処理時間無延長継続回数N_stg_nによって増減を決定する。
基本処理時間Tを増加させる場合、補正処理時間ΔTと処理時間延長回数N_adjの積によって目標値の指標を容易に算出可能であるが、基本処理時間Tを削減する場合は目標値の指標算出は困難である。そこで本アルゴリズムでは補正処理時間ΔTがタスク処理における処理時間ばらつきの大きさを反映した値となるように制御されている点に着目し、この補正処理時間ΔTを用いて基本処理時間Tを更新することとする。
N_adjが“0”でないならば、ST1222へ移行し、“1”であるかをチェックする。N_adjが“1”であるならばST1232へ移行し、ΔTを削減する手段(ΔT[n]=ΔT[n−1]/2)を適用する。N_adjが“1”でないならば、ST1234へ移行し、N_adjを基にΔTを増減させる手段(ΔT[n]=ΔT[n−1]×N_adj)/4)を適用する。ここで、ΔT[n−1]×N_adjは直前のタスク処理における総延長時間を示しており、本例では総延長時間の1/4をΔT[n]として設定している。
(W−1)マスタ・ワーカの識別手段(ST702)
(W−2)処理開始・同期完了・処理延長の取得手段(ST704、ST720、ST734)
(W−3)ワーカ判定時刻にタイマ割込を得る手段(ST706、ST728、ST736)
(W−4)タスク処理の実行手段(ST708)
(W−5)タスク処理完了の判定手段(ST710)
(W−6)処理未完了通知の送信手段(ST730)
(W−7)タスク処理の再開手段(ST732)
以下、(W−1)〜(W−7)までの実現手段を示す。
本実施例においてマスタノードとワーカノードではその動作が異なる。そのため、計算ユニット110がマスタノードであるのか、ワーカノードであるのかを事前に認識する必要がある。本実施例において計算ユニット110がワーカノードであることは分散並列処理制御部880のプログラムにてステップST702を行う際に識別可能であり、このときにマスタ・ワーカ情報882へその識別情報を書き込む。この情報を参照することで計算ユニット110はワーカノードであることが識別可能である。
本実施例にかかるワーカノードは処理開始通知、同期完了通知、処理延長通知という3種類のブロードキャスト通信を受信する。前記3種の通知についてはデータとして送られてくる識別コードにより識別可能である。受信については通信制御部820−aからの割込通知を受けたプロセッサ810が、現在の処理を中断し、割込処理プログラム852が割込処理内容を解釈してOS844へ割込処理を委託し、OS850が通信割込処理を行うことで通知データを取得する。その後、同期制御プログラム862が起動され、通知データが処理開始または同期完了の通知であった場合には、一緒に送られている基本処理時間Tの情報を基本処理時間1002へ設定し、さらにタスク処理完了フラグ情報902のフラグクリアを行う。一方、処理延長の通知であった場合には、一緒に送られている補正処理時間ΔTの情報を補正処理時間1004へ設定する。
ワーカノードについては基本処理時間Tに基づくワーカ判定時刻(ST706、ST728)と補正処理時間ΔTに基づくワーカ判定時刻(ST736)の2種類のタイマ割込間隔がある。
タスク処理は並列処理プログラム842によって実行される。タイマ設定を完了した段階で、ハイパーバイザ850のタイマ割込処理が終了し、並列処理プログラム842が開始される。並列処理プログラム842は次のタイマ割込が発生するまで実行される。並列処理プログラム842は計算処理が同期ポイントに到達した(すなわちタスク処理を完了した)時点で、タスク処理完了フラグ情報902のフラグを立て、待機する。なお、タスク処理完了フラグ情報902のフラグのクリアは、上述した処理開始通知または同期完了通知を受けた直後に起動される同期制御プログラム862によって行われている。
タスク処理完了の判定は同期制御プログラム862が行う。ワーカ判定時刻となり、タイマ割込を受けたプロセッサ810は並列処理プログラム842を中断し、同期制御プログラム862を実行する。同期制御プログラム862はタスク処理完了フラグ情報902を参照し、フラグが立っているならばタスク処理完了と判定して割込処理を終了する。一方、フラグが立っていないならばタスク処理未完了と判定し、処理未完了通知をマスタノードへ送信する。
処理未完了通知の送信は同期制御プログラム862がOS844の基本機能を使用して通信制御部820−aへ1対1通信による送信を依頼し、これを受けた通信制御部820−aが送信を実行することで行われる。ここでの通信方式はワーカノードからマスタノードへの片方向通信で行うのが望ましい。
タスク処理の再開はハイパーバイザ850のタイマ割込処理完了後に行われる。具体的には処理未完了通知を通信制御部820−aへ依頼した後、ハイパーバイザ850のタイマ割込処理は終了し、中断されていた並列処理プログラム842が再開され、タスク処理が再開される。
なお、上記に示したバリア同期制御部860、タイマ割込制御部870、通信制御設定部854の動作はマスタノードとワーカノードとで異なるが、これはマスタ・ワーカ情報882を参照することにより、当該計算ユニット110がどちらの役割かが判定可能であるため、適切に動作可能である。
110 計算ユニット
110−M マスタノード
110−W ワーカノード
120 ネットワーク
200、300、400、500 タイムチャート
810 プロセッサ
820−a,820−b 通信制御部
830 インターバルタイマ
832 実時間カウンタ
834 割込間隔設定レジスタ
840 メモリ
842 並列処理プログラム
844 OS
850 Hypervisor
852 割込処理プログラム
854 通信制御設定部
860 バリア同期制御部
862 同期制御プログラム
864 タスク処理状況情報
866 間隔最適化プログラム
870 タイマ割込制御部
872 タイマ設定プログラム
876 割込時間間隔情報
880 分散並列処理制御部
882 マスタ・ワーカ情報
902 タスク処理完了フラグ情報
904 処理未完了通知情報
1002 基本処理時間
1004 補正処理時間
1006 BC最悪遅延時間
1008 MW最悪遅延時間
1010 タイマ割込間隔
1100 タスク処理テーブル
Claims (15)
- 同期処理を行うマスタノードあるいはタスク処理を行うワーカノードとなる複数の計算ユニットをネットワークで接続し、並列計算を行う並列計算機システムであって、
前記マスタノードは、
全ての前記ワーカノードにおけるタスク処理が基本処理時間以内に完了することを期待したマスタ判定時刻を設定し、
複数の前記ワーカノードに対して処理開始通知を送信し、
前記マスタ判定時刻において、前記ワーカノードからの処理未完了通知を受信しているかを確認し、受信している場合には、複数の前記ワーカノードに対して処理延長通知を送信し、受信していない場合には複数の前記ワーカノードに対して同期完了通知を送信し、
前記ワーカノードは
前記マスタノードから前記処理開始通知または前記同期完了通知を受信した場合に、前記基本処理時間を用いてワーカ判定時刻を設定し、
前記ワーカ判定時刻において、タスク処理が完了していない場合は、前記マスタノードへ処理未完了通知を送信し、タスク処理が完了している場合は前記マスタノードからの同期完了通知を待つ、
ことを特徴とする並列計算機システム。 - 請求項1記載の並列計算機システムであって、
前記マスタノードは、
少なくとも一つの前記ワーカノードにおけるタスク処理が前記基本処理時間までに完了しなかった場合に、補正処理時間を用いて前記マスタ判定時刻を再設定し、
前記ワーカノードは
前記マスタノードから前記処理延長通知を受信した場合に、前記補正処理時間を用いて前記ワーカ判定時刻を再設定し、
ことを特徴とする並列計算機システム。 - 請求項2記載の並列計算機システムであって、
前記マスタノードは、
前記同期完了通知または前記処理開始通知を送信する際に、前記基本処理時間の情報も併せて送信し、
前記処理延長通知を送信する際に、前記補正処理時間の情報も併せて送信する、
ことを特徴とする並列計算機システム。 - 請求項2記載の並列計算機システムであって、
前記マスタノードは、
前記基本処理時間、または前記補正処理時間の値を更新することが可能である、
ことを特徴とする並列計算機システム。 - 請求項1記載の並列計算機システムであって、
前記計算ユニットは、処理部、記憶部、及び前記ネットワークに接続される複数の通信制御部を備え、
ことを特徴とする並列計算機システム。 - 請求項5記載の並列計算機システムであって、
前記通信制御部の一つは、前記マスタノートと前記ワーカノード間の前記処理開始通知、前記処理未完了通知、前記処理延長通知、及び前記同期完了通知の送受信に用いる、
ことを特徴とする並列計算機システム。 - 請求項5記載の並列計算機システムであって、
前記計算ユニットの前記記憶部は、当該計算ユニットが前記マスタノード、或いは前記ワーカノードの何れであるかを識別するマスタ・ワーカ情報を記憶する記憶領域を備える、
ことを特徴とする並列計算機システム。 - 請求項7記載の並列計算機システムであって、
前記マスタノードとして動作する前記計算ユニットから、前記ワーカノードが実行すべきプログラムを受信した前記計算ユニットは、前記記憶領域に前記マスタ・ワーカ情報を記憶する、
ことを特徴とする並列計算機システム。 - 処理部と記憶部を備え、同期処理を行うマスタノードあるいはタスク処理を行うワーカノードとなる複数の計算ユニットをネットワークで接続し、並列計算を行う並列計算機システムの前記処理部で実行されるプログラムであって、
前記マスタノードとなる前記計算ユニットの前記処理部を、
全ての前記ワーカノードにおけるタスク処理が基本処理時間以内に完了することを期待したマスタ判定時刻を設定し、
複数の前記ワーカノードに対して処理開始通知を送信し、
前記マスタ判定時刻において、前記ワーカノードからの処理未完了通知を受信しているかを確認し、受信している場合には、複数の前記ワーカノードに対して処理延長通知を送信し、受信していない場合には複数の前記ワーカノードに対して同期完了通知を送信するよう動作させ、
前記ワーカノードとなる前記計算ユニットの前記処理部を、
前記マスタノードから前記処理開始通知または前記同期完了通知を受信した場合に、前記基本処理時間を用いてワーカ判定時刻を設定し、
前記ワーカ判定時刻において、タスク処理が完了していない場合は、前記マスタノードへ処理未完了通知を送信し、タスク処理が完了している場合は前記マスタノードからの同期完了通知を待つよう動作させる、
ことを特徴とするプログラム。 - 請求項9記載のプログラムであって、
前記マスタノードとなる前記計算ユニットの前記処理部を、
少なくとも一つの前記ワーカノードにおけるタスク処理が前記基本処理時間までに完了しなかった場合に、補正処理時間を用いて前記マスタ判定時刻を再設定するよう動作させ、
前記ワーカノードとなる前記計算ユニットの前記処理部を
前記マスタノードから前記処理延長通知を受信した場合に、前記補正処理時間を用いて前記ワーカ判定時刻を再設定するよう動作させる、
ことを特徴とするプログラム。 - 請求項10記載のプログラムであって、
前記マスタノードとなる前記計算ユニットの前記処理部を、
前記同期完了通知または前記処理開始通知を送信する際に、前記基本処理時間の情報も併せて送信し、
前記処理延長通知を送信する際に、前記補正処理時間の情報も併せて送信するよう動作させる、
ことを特徴とするプログラム。 - 請求項10記載のプログラムであって、
前記マスタノードとなる前記計算ユニットの前記処理部を、
前記基本処理時間、または前記補正処理時間の値を所定の計算法によって更新するよう動作させる、
ことを特徴とするプログラム。 - 請求項9記載のプログラムであって、
前記計算ユニットの前記処理部は、
当該計算ユニットが前記マスタノード、或いは前記ワーカノードの何れであるかを識別するマスタ・ワーカ情報を前記記憶部に記憶するよう動作させる、
ことを特徴とするプログラム。 - 請求項13記載のプログラムであって、
前記マスタノードとして動作する前記計算ユニットの前記処理部を、
前記ワーカノードとなる前記計算ユニットに、前記ワーカノードが実行すべきプログラムとその初期値を送信するよう動作させる、
ことを特徴とするプログラム。 - 請求項14記載のプログラムであって、
前記ワーカノードとなる前記計算ユニットの前記処理部に、
前記プログラムとその初期値を受信した際、前記記憶部にワーカノードであることを示す前記マスタ・ワーカ情報を記憶するよう動作させる、
ことを特徴とするプログラム。
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