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| author | Masataka Kohagura <e085726@ie.u-ryukyu.ac.jp> |
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| date | Wed, 26 Feb 2014 20:15:41 +0900 |
| parents | e13727d01f7a |
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<!DOCTYPE html> <html> <head> <title>Presentation</title> <meta charset='utf-8'> <script src='./slides.js'></script> </head> <style> /* Your individual styles here, or just use inline styles if that’s what you want. */ </style> <body style='display: none'> <section class='slides layout-regular template-default'> <!-- Your slides (<article>s) go here. Delete or comment out the slides below. --> <article > <h1>Cerium による並列処理向け I/O の設計と実装</h1> <h3 class="title">Masataka Kohagura 27th, February</h3> <div align="right">担当教官 : 河野 真治</div> </article> <article> <h3>研究概要</h3> <p> 当研究室ではCellおよびLinux、 Mac OS X上で動く並列プログラミングフレームワーク、 Ceriumの開発・改良を行っている </p> <img src='images/resources.png' style="height:200px" align="middle"> <p> 本研究では <font color=red> <ul> <li>ファイル読み込みと文字列検索の分離 </li> <li>I/O専用の Threadを追加 </li> </ul> </font> </p> <p> I/0 を含む Task の動作改善を行った </p> </article> <article> <h3>Cerium Task Manager</h3> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"> <tbody> <tr> <td><img src='images/ceriumtaskmanager.png' style="height:280px"></td> <td> <ol> <li>Taskを生成</li> <li>依存関係のチェック</li> <li>Schedulerに転送</li> <li>並列実行</li> </ol> </td> </tr> </tbody> </table> <p> I/O 専用の Thread を用意することにより、読み込みに専念させることができる </p> </article> <article> <h3>I/O を含む Task の説明</h3> <br> <img src='images/includeIOTask.png' style="height:270px" align="middle"> <ol> <li>テキストファイルの読み込み後、ファイルをある一定の大きさに分割する</li> <li>分割したテキストファイルに対して、それぞれ計算を行う</li> <li>計算した結果を集計する</li> </ol> </article> <article> <h3>mmap の特徴</h3> <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"> <tbody> <tr> <td><img src='images/mmap.png' style="height:350px" align="middle"></td> <td> <ul> <font size = 5> <li> mmap は、C 及び C++ で使用でき、ファイルを読み込む API である。 </li> <li> code がシンプル <br>(メモリを自分自身で malloc せず、read を書いて読み込まなくていいため) </li> </font> </ul> </td> </tr> </tbody> </table> <ul> </ul> </article> <article> <h3>mmapでの実装の問題点</h3> <ul> <li> mmap でファイルを読み込むと、ファイルはメモリ上に即座に展開されるわけではない。 </li> <li> ファイルがメモリに展開されるタイミングは、そのファイルに対して文字列検索を行うときである。<br><br> <font color=red> →つまり、文字列検索が行われるときに初めてファイルが読み込まれるので、ファイル読み込みと文字列検索が分離できない。 </font> </li> </ul> </article> <article> <h3>Blocked Read の設計</h3> <br> <img src='images/divide_read.png' style="height:250px" align="middle" > <br> <ul> <li> メモリへの呼び出しを自分で書ける(制御できる) </li> <li> Read は 連続で動作する。 </li> </ul> 以後、文字列検索を行う処理を Task と定義する。 </article> <article> <h3>Blocked Read の実装</h3> <br> <img src='images/blockread.png' style="height:250px"align="middle"> <br> <ul> <li> Task を 1 つずつではなく、ブロック単位で生成して起動する<br> (1つずつ生成すると、生成された Task でメモリを圧迫するため) </li> <li> Blocked Read Task が読み込み終わるまで、Task Blockを待たせる<br> </li> </ul> </article> <!-- <article class = 'smaller'> <h3>I/O 専用の therad を追加 (1/2)</h3> <br> <img src='images/SPE_ANYblockread.png' style="height:350px"align="middle"> <ul> <li> Task 単位で使用するデバイスをセットすることができる。 </li> <li> SPE_ANY でセットすると、Cerium Task Manager 側で自動的に CPU を割り振る。 </li> <li> 自動的に割り振るので、Blocked Read に 他のTask が割り込むおそれがある。 </li> </ul> </article> --> <article> <h3>I/O 専用の therad を追加</h3> <br> <img src='images/IO_0blockread.png' style="height:350px"> <ul> <li>Blocked Read Task が最優先されるので、他の Task に割り込まれなくなる<br> </li> </ul> </article> <article> <h3>I/O 専用の therad を使用しない場合</h3> <br> <img src='images/SPE_ANYblockread.png' style="height:350px"> <ul> <li>Blocked Read は連続で行われなければならない。<br>しかし、Task が割り振られてしまう可能性がある。 </li> </ul> </article> <article> <h3>実験環境</h3> <br> <ul> <li> Mac OS X 10.9.1</li> <li> 2*2.66 GHz 6-Core Intel Xeon</li> <li> Memory 16GB 1333MHz DDR3</li> <li> HHD 1TB</li> <li> file size : 約 10 GB</li> <li> ファイルに対して Boyer-Moore String Seaech で文字列検索をかける </li> <li> ファイルの読み込みから結果までを測定</li> </ul> </article> <article> <h3>実験結果</h3> <table border="2" cellpadding="0" cellspacing="0"> <tbody> <tr> <td>read mode</td> <td>CPU num</td> <td>ave time(s)</td> </tr> <tr> <td>mmap</td> <td>2</td> <td>106.2</td> </tr> <tr> <td bgcolor="#ffffcc">mmap</td> <td bgcolor="#ffffcc">12</td> <td bgcolor="#ffffcc">154.6</td> </tr> <tr> <td>一括Read</td> <td>12</td> <td>114.9</td> </tr> <tr> <td>Blocked Read(SPE_ANY)</td> <td>12</td> <td>106.0</td> </tr> <tr> <td bgcolor="#ffffcc">Blocked Read(IO_0)</td> <td bgcolor="#ffffcc">(I/0) 1 + (Task) 11</td> <td bgcolor="#ffffcc">99.2</td> </tr> </tbody> </table> <ul> <li> Blocked Read & IO_0 が mmap より<font color=red>1.55倍</font>実行速度が向上した。<br> </li> <li> mmap では 1つ1つの Task がファイルの読み込みを行ってしまうため、読み込み回数が多くなり実行速度が遅くなったと考えられる。 </li> </ul> </article> <article> <h3>まとめ</h3> <br> <ul> <li> I/O と Task を分離し、同時に動くように改良した。 </li> <li> I/O 専用の Thread の追加 <li> I/O を含む Task をで並列実装するときに mmap では不向きであり、 Blocked Read で読み込みを制御したほうが効果的。 </li> </ul> <h3 class="yellow">今後の課題</h3> <ul> <li> Cerium の API として実装 </li> <li> 様々な実装の試み<br>(I/O threads を 2つ、分割 mmap・・・) </li> </ul> </article> <article> <h3>Cerium Task の生成の例(1)</h3> <p>(例題) multiply : 2つの数を掛け算するプログラム</p> <h3 class="yellow">main.cc の記述</h3> <pre> float* A, B, C; // Task の宣言 HTaskPtr multiply = manager->create_task(MULTIPLY_TASK); // Task を実行する デバイスの設定 multiply->set_cpu(SPE_ANY); // Task に入力データのアドレスを追加 multiply->set_inData(0, (memaddr)A, sizeof(float)*length); multiply->set_inData(1, (memaddr)B, sizeof(float)*length); // Task に出力データのアドレスを追加 multiply->set_outData(0, (memaddr)C, sizeof(float)*length); // Task へ値を1つだけ渡す multiply->set_param(0,length); // Task を TaskList に set する multiply->spawn(); </pre> </article> <article> <h3> Cerium Task の生成(2)</h3> <br> <h3 class="yellow">Task の記述</h3> <pre> static int multiply(SchedTask *s,void *rbuf, void *wbuf) { float *A,*B,*C // 登録した inData を取得 A = (float*)s->get_input(rbuf,0); B = (float*)s->get_input(rbuf,1); // 登録した outData を取得 C = (float*)s->get_output(wbuf,0); // 登録した param を取得 long length=(long)s->get_param(0); for (int i=0;i < length;i++) { C[i] = A[i] * B[i]; } return 0; } </pre> </article> <article> <h3>mmap での I/O の実装</h3> <br> <h3 class="yellow">mmap の記述</h3> <pre> mmap(SchedTask *s, void *in, void *out) { // FileReadPtr : File情報などを格納している構造体 FileReadPtr fr = (FileReadPtr)in; int map = MAP_PRIVATE; fr->read_text = (char*)mmap(NULL,fr->filesize,PROT_READ,map,fr->fd,(off_t)0); } </pre> <ul> <li> PROT_READ : 読み込み可 </li> <li> MAP_PRIVATE : 読み込んだ領域に対して書き込みが起こると複製し、複製した領域に対して書き込みを行う </li> </ul> </article> <article class='smaller'> <h3>Block Read の実装(1/2)</h3> <br> <h3 class="yellow">Block Read の実装</h3> <pre> HTaskPtr t_read = manager->create_task(READ_TASK); t_read->set_cpu(read_spe_cpu); // 読み出すファイルの格納場所を設定 t_read->set_outData(0, w->file_mmap + w->task_spawned * w->division_size, w->task_blocks * w->division_size); // ファイルディスクリプタの受け渡し t_read->set_param(0,w->fd); // ファイル読み込みの始点 t_read->set_param(1,w->task_spawned*w->division_size); // run_tasks(manager,w, w->task_blocks, t_read, t_next, w->division_size + w->extra_len); // ここで、ファイルに対して何らかの計算を掛けるような Task を設定する run_tasks(manager,w, w->task_blocks,・・・ ); // ファイル読み込みの終点 t_read->set_param(2,w->task_spawned*w->division_size + w->extra_len); t_read->spawn(); </pre> </article> <article> <h3>Block Read の実装(2/2)</h3> <br> <h3 class="yellow"> Block Read の記述</h3> <pre> static int read_task(SchedTask *s, void *rbuf, void *wbuf) { long fd = (long)s->get_param(0); long start_read_position = (long)s->get_param(1); long end_read_position = (long)s->get_param(2); char *read_text = (char*)s->get_output(wbuf,0); long read_size = end_read_position - start_read_position; pread(fd, read_text, read_size , start_read_position); return 0; } </pre> </article> </body> </html>