[发明专利]一种基于单节点模拟的大规模并行系统模拟方法

权利要求书

1.一种基于单节点模拟的大规模并行系统模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、首先将并行程序以期待的进程规模和问题规模，在现有的计算系统或者云平台中运行，在程序运行的过程中，必要信息采集模块采集并记录每个进程在独立执行时所有无法复现的信息，包括：进程从并行环境获取的进程号、分组信息、被分配处理的数据块信息，进程从其他进程所接收的数据内容；此处采集的信息，用于支持并行程序的任一单一的进程独立运行；

步骤2、在采集完支持单个进程运行的必要信息后，用户指定欲模拟的目标高性能计算机的配置，包括每个计算节点的硬件体系结构配置、操作系统、并行环境的软件版本，互连网络的配置、I/O系统的配置；

步骤3、用户选择部分欲模拟的进程，并指定进程--节点分布，将这些进程和节点信息输入配置，在本地宿主机集群启动并行系统模拟系统；并行系统模拟系统根据指定的进程—节点分布，在宿主机启动相应数量的单节点全系统模拟实例；在单节点全系统模拟实例启动的过程中，加载步骤2中指定的硬件体系结构配置、操作系统、并行环境软件版本，使节点的软硬件架构与目标节点完全一致；在启动单节点全系统模拟实例的同时，并行环境仿真模块、互连网络模拟功能模块以及I/O系统模拟模块根据步骤2输入的配置完成初始化建模，各单节点全系统模拟实例与互连网络模拟模块以及I/O系统模拟模块通过接口完成连接；

步骤4、用户在并行系统模拟系统中启动并行程序，被选中的部分进程按照步骤3中指定的进程—节点分布分别在各单节点全系统模拟实例中执行；在执行过程中，在同一个节点内执行的进程的计算过程、进程调度、进程对资源的竞争由单节点全系统模拟实例精确模拟；当进程执行步骤1中所记录的并行操作时，向并行环境仿真模块发起请求以完成相关的操作；并行环境仿真模块与互连网络模拟模块、I/O系统模拟模块根据步骤1中记录的数据，协同模拟并行操作，并将结果返回给进程；当进程执行步骤1中没有记录的数据时，则由原生并行环境来执行这些操作，在模拟系统运行的过程中，各单节点全系统模拟实例、互连网络模拟模块以及I/O系统模拟模块会通过全局逻辑时钟同步模块阶段性同步逻辑时钟；

其中，使用单节点全系统模拟实例模拟目标系统的某一个节点，单节点模拟实例的体系结构、软硬件配置与目标系统的节点一致，用户选择欲模拟的节点并运行程序的部分指定进程，在进程运行过程中，部分并行操作，包括获取进程标识、进程组相关信息的操作、通信操作、I/O操作由并行环境仿真模块模拟执行，其他并行操作由节点内的原生并行环境直接执行。

2.根据权利要求1中所述的一种基于单节点模拟的大规模并行系统模拟方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：

在已存在的高性能计算机系统或云平台中执行程序，并记录进程所有与其标识、进程组相关的信息数据，以及所有通信消息数据；在模拟系统中运行并行程序，当进程执行至通信函数时，由并行环境仿真模块判断通信目标，如果是同一节点的进程，则直接完成进程间通信，如果不是同一节点的进程，则向互连网络模拟模块请求模拟消息的发送与接收；互连网络模拟模块对目标系统的互连网络架构建模，并根据所记录的消息数据，向进程传输所期待的消息数据。

3.根据权利要求1中所述的一种基于单节点模拟的大规模并行系统模拟方法，其特征在于，所述步骤3中具体包括以下步骤：

当进程执行与获取进程标识、进程组信息的相关操作时，并行环境仿真模块通过步骤1中记录的数据，赋予进程所期待的数据；当进程执行通信相关操作时，并行环境仿真模块判断进程通信的对象，如果是同一节点内进程，则直接完成进程间通信完成消息收发；如果不是同一节点内进程，则将通信操作请求发送至互连网络模拟模块，等待互连网络模拟模块模拟消息传输后，通知进程通信操作完成；当进程执行I/O操作时，并行环境仿真模块将文件读写请求发送至I/O系统模拟模块，等待I/O系统模拟模块完成文件读写操作后，通知进程I/O操作完成。