[发明专利]一种多核并行离散事件仿真的内存管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及多核并行离散事件仿真系统的内存管理方法，尤其是针对多核并行离散仿真系统的内存管理问题，提供一种基于事件包全局虚拟时间估计的逻辑进程循环内存分配与回收管理方法。

背景技术

并行离散事件仿真(Parallel Discrete Event Simulation,PDES)由一组逻辑进程(Logical Process，LP)构成，每个LP有独立的状态，负责自身的模型解算，并且有自己独立的仿真逻辑时间，称为本地虚拟时间(Local Virtual Time，LVT)。并行离散事件仿真系统的LP是并行运行的。LP之间不共享任何的状态变量，仅通过发送和接收事件的方式进行数据传递。

一般地，多核并行离散事件仿真系统是指在一个或多个CPU上运行的并行离散时间仿真系统，其最主要特征是每个逻辑进程关联到一个CPU物理核，整个仿真系统的程序在一个进程空间内，逻辑进程不需要跨进程通信。多核并行离散事件仿真系统和分布式并行离散事件仿真系统相比，最大优势是逻辑进程间的通信开销小、运行效率高。但由于操作系统的全局统一分配内存需要同步，因此，需要对多核并行离散事件仿真系统使用的内存进行管理。多核并行离散事件仿真系统的内存管理过程包括内存分配、全局虚拟时间(Global Virtual Time，GVT)估计、内存回收三个步骤。

首先，多个逻辑进程在创建事件时需要同时向操作系统申请内存空间，逻辑进程申请内存的操作容易成为仿真系统运行性能的瓶颈。需要有合适的内存分配方式来解决多个逻辑进程申请内存的竞争问题。

其次，并行离散事件仿真系统的每个事件都有一个时戳(timestamp)，时戳表示事件发生的仿真逻辑时间。为了确保仿真因果关系，每个LP必须按照事件时戳的增序关系顺序处理事件，否则仿真系统将出现因果错误(causality errors)。因此，这样的并行执行机制和因果关系要求，使得并行离散事件仿真必须引入时间同步机制协调LP的运行。当前，同步机制主要有保守时间同步算法和乐观时间同步算法。保守时间同步算法能够严格的防止出现因果错误，但会阻塞LP的运行，使得LP的并行性较差。乐观时间同步算法，也称为时间弯曲(Time Wrap)算法，则不阻塞LP的运行，允许因果错误出现。在乐观时间同步机制下，已处理的事件占用的内存空间不能被逻辑进程立刻回收。逻辑进程将已处理的事件保存起来，当检测到出现因果错误时，通过回滚(rollback)的方式将逻辑进程的状态恢复到之前正常的状态，然后重新按照事件的时序关系继续执行。只有时戳小于全局虚拟时间(Global Virtual Time，GVT)的事件才不会被回滚，其占用的内存空间才可以被安全的回收。全局虚拟时间估计算法的效率和精度直接影响仿真系统内存使用的效率。

最后，内存的回收方式也会影响内存的使用效率。例如，全局内存池虽然可以解决内存分配竞争的问题，但是内存回收和内存分配还是需要同步操作。

因此，多核并行离散事件仿真系统的内存管理与内存分配方式、全局虚拟时间估计的精度、内存回收方式相关。仿真系统的内存管理直接影响了仿真系统的运行效率，已经成为仿真领域研究人员关心的一个关键技术问题。很多研究人员在这方面做了很多研究工作，例如全局内存池方法、基于线程的内存池方法等。这些方法可以部分解决内存分配竞争的问题，但是没有和全局虚拟时间的估计相结合，没有完全解决内存是否可回收以及回收方式的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是:提供一种多核并行离散事件仿真的内存管理方法，满足仿真实验过程中多个逻辑进程同时申请内存空间的要求，避免内存申请同步操作。通过准确估计全局虚拟时间GVT，快速、精确回收事件占用的内存，提高内存的使用效率。