支持依赖关系的并行任务软件框架研究与实现

之一 ， 则 称任务 Ｔ数 据依 赖任 务 Ｓ ， 记为 Ｓ Ｓ Ｔ， 否 则任 务 Ｓ和 Ｔ不 存在 依赖 关 系 。 （ １ ） 任务 Ｔ使用 由 Ｓ 计 算出的 Ｘ， 且 同时 ｘ ＥＯＵＴ （ ｓ ） 八ｘ ＥＩ Ｎ（ Ｔ） ， 则称 Ｔ依赖 Ｓ ， 记作 ： Ｔ（ 、 ）
系稳定 的情况下最快地获得结果 ， 是现代 软件技术 亟待解决 的问题 ， 从 软件框架 设计 以及算 法 的角
度， 阐述了在并行任务软 件框架 的设计 中如何提高 相互依 赖的并行 任务 的并行程 度 ， 设 计 了一种 并
行框架 ， 实现了原型。实验结果表 明 ， 该 框架可有 效提高 并行任 务 的并 行程 度 ， 具有 良好 的可霏性 、
１ ２ Ｏ
李 凌 ： 支持依 赖 关 系的并 行任 务软件 框 架研 究 与 实现
（ Ｗ ＡＲ）
（ 一） 任 务 分发 层 （ Ｄｉ ｓ ｐ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ Ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ）
（ ３ ） Ｓ对 Ｘ 的 定 值 先 于 Ｔ 对 Ｘ 的定 值 ， 且 ｘ ∈ ｏＵＴ（ ｓ ） 八ｘ ∈ ＯＵＴ（ Ｔ） ， 则 称 Ｔ输 出依 赖 于 Ｓ ， 记
示 节 点 的编号 ， 圆圈 旁边 的数 字是任 务节 点 的计算 机
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４— ０ ６ —１ ０
基金项 目： 安徽省高校省级优秀青年人才基金 （ ２ ０ １ ３ Ｓ ＱＲＬ １ ３ ８ Ｚ Ｄ ） 资助 。 作者 简介 ： 李 凌（ １ ９ ７ １ 一 ） ， 女， 安徽萧县人 ， 副教授 ， 硕士 。研究方 向： 图像处 理 、 信息处理 。
（ ２ ） Ｓ使 用 的 Ｘ 先 于 Ｔ 对 Ｘ 的 定 值 ， 且 Ｘ ∈Ｉ Ｎ （ ｓ ） 八Ｘ ∈Ｏ ＵＴ（ Ｔ） ， 则 称 Ｔ 反依 赖 于 Ｓ ， 记 为： Ｓ Ｔ
数据通信量 。并行任务的 Ｄ Ａ Ｇ图如图 １ 所示 。图 １ 是包含 １ Ｏ 个 节 点 的并 行计 算 任务 图 ， 圆圈 内的 ｖ 。 表
ｌ ＿ 数 据依 赖关 系
运行 的多个 任 务 同时访 问相 同的数 据 ， 即为数 据
个并行任务可以抽象为一个有 向无环图， 用四 元组 表示 Ｌ ３ ］ ， 记为 Ｄ ＡＧ一 （ Ｖ， Ｅ， Ｗ， Ｄ） ， 其 中： Ｖ一 ｛ ｖ ｌ ， ｖ ２ …ｖ ｝ 表示 子任 务 的集 合 ， ｖ ｉ ∈Ｖ；Ｅ一 ｛ ｅ １ ， ｅ ｚ …
稳 定 性 以及 可 扩 展 性 。
关键词 ： 并行任务 ； 依赖关系 ； 软件框架 ； 任务分发 ； 线程执行
中图 分 类 号 ： ＴＰ ３ ９ １ ． ７ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ８— ６ ０ ２ １ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４— ０ １ ２ ０ — ０ ５
一
图 １ 并 行 任 务 ＤＡＧ 图
（ 二） 任务 间 的依 赖 关 系
程 序 的各个部 分之 间总是存 在一定 的依赖关
、
相 关概 念
（ 一 ）并行 任务
系［ ４ ］ ， 在不破坏依 赖关系的前提下 ， 把程序分解成多 个任 务并 行执行 ， 进 而 缩 短 整个 程 序 的运 行 时 间 ， 这 就是并 行 处理 。任 务之 间 的 依赖关 系 主要 有 数 据 依 赖和控 制 依赖［ 。
安徽 广播 电视大 学学 报 ２ ０ １ ４ 年 第 ４期
支 持依 赖 关 系 的并 行任 务 软件 框 架 研 究 与实 现
李 凌
（ 淮Ｈ ｈ ￣＿ ， ｔ ｋ 技 术学 院 计 算机科 学技 术 系， 安徽 淮北
摘
２ ３ ５ ０ ０ ０ ）
要： 任务并行化是现代计算机的发展 方 向， 并 行任 务可 同时使用多 种资源 ， 如何在 确保并 行任务 依赖关
为： 。 Ｔ（ Ｗ ＡＲ）
相互依赖的任务在任务分发层基于数据驱动被 切分 为相互 无关 的任 务 ， 每个 运行 于此 数据段 上 的任
务定义 为 子任 务 ， 基 于任 务 之 间 的相 互 依 赖 关 系 ， 按 照顺序 生成 子 任务 ， 把 他 们 分 发 到 线 程执 行 层 ， 执 行 子任务 ， 每 个子 任务 在生 成 时都是 可运 行 的 。公 共大 块 数据 被切 分 为若 干个 数 据 段 （ Ｓ ｅ ｇ ｍｅ ｎ ｔ ） ， 如 图 ３所 示， 当前置 任务 完成 处 理 一 个 数 据段 之后 ， 相 应 的后 续 任务 才 可 以处 理该 数据 段 。
并 行计 算 主要有 任务并 行 和数据 并行 两种 ， 任务 并行 依 据 求解 过 程 ， 把 任务 切 片 分解 成 若 干 子任 务 ， ［ ２ ］ 旨
量， 有向边旁的数字是任务问的数据通信量 。
在提 高 Ｃ Ｐ Ｕ 的利 用 率 。随着 Ｃ Ｐ Ｕ 核 心 数 的 不 断增 加， 计算 机 的计算 能 力 得 到极 大 提 高 ， 从 云 计 算 到 网 格 计算 ， 再 到桌 面高 以适应 计算 机 系统 的发展 ， 并行 任务软 件设 计 已经成 为一个 热 点 。
一
依赖 ， 数 据依赖 的形 式化 定义 如下 ：
已知 任务 Ｓ和 Ｔ， 若 存 在 数 据 Ｘ 满 足 如 下 条 件
ｅ ｝ ，ＥＥＶＸＶ， 表 示 有 向边 的集 合 ， ｅ ｋ 一（ Ｖ ｍ ， ｖ ） Ｅ Ｅ， 表示 子任 务 ｖ 和 ｖ 依赖关系， 只有 当 ｖ 执 行完 成后 ， ｖ 才能执行 ； Ｗ ：｛ ｗ ， Ｗ ２ … ｗｎ ｝ ， 任 务 负 载 向 量集 合 ； Ｄ＝（ ｄ ｉ ｉ ） ｍ×１ １ ， 其中 ｄ 表 示子 任务 ｖ ｉ 和ｖ ｊ 的
日益复杂的科学计算 、 多媒体 、 虚拟化等应用领 域要求 强 大的计算 能力 ， 并 行计算 可 以快速 解决 复杂
的计算 问题 ， 同时使 用 多种 资 源 ， 克 服 单 个 计算 机 上 存 在 的存储 器 限制 ， 降低 问题 的求 解 时 间 ， 增 加 问题 求解 规 模 ， 提高问题求解精度 、 吞 吐率 和 可 用 性［ １ ］ 。