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Massive Fine-Gra
"Argobots: Lightweight Threading for Massive Parallelism"
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更新于2023-11-24
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随着硬件趋势的变化,处理器的核心数越来越多。为了充分利用所有核心,细粒度并行化变得越来越重要。 Argobots是一个轻量级线程框架,专门针对大规模细粒度并行计算而设计。它由Shintaro Iwasaki在Argonne国家实验室开发。该框架旨在充分发挥处理器上所有核心的潜力。 Argobots的设计哲学是通过将任务分解为更小的单元并在不同核心之间动态分配来实现细粒度并行计算。这种任务分解和动态调度的方法能够有效地利用处理器上的所有核心资源,从而提高性能和并行化效率。 Argobots还提供了一个灵活且易于使用的编程接口,使得开发人员能够轻松地利用并行计算能力。它支持多个线程并行执行,以及任务的创建、等待和同步等基本操作。 此外,Argobots还提供了一些高级功能,包括对异步任务和事件的支持。这些功能使得开发人员能够更加灵活地组织和控制并行计算。 总之,Argobots是一个专注于大规模细粒度并行计算的轻量级线程框架。它通过任务分解和动态调度的方式,充分利用处理器上的所有核心资源,提高性能和并行化效率。同时,它还提供了一个灵活且易于使用的编程接口,使得开发人员能够轻松地利用并行计算能力。通过使用Argobots,开发人员可以更加方便地实现复杂的并行计算,提高程序的效率和性能。
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What is a User-Level Thread (ULT)?
▪ A user-level thread (ULT) implements all threading operations
in user space.
▪ Advantages of ULTs:
1. Lightweight thread with low
context-switching overhead
2. Multiple ULTs can be mapped to
a single OS-level thread
3. Users can control scheduling
6
Kernel (OS)
Pthreads
Pthreads
Pthreads
Pthreads
Pthreads
Pthreads
Pthreads
Pthreads
Core
Kernel (OS)
Core
Pthreads Pthreads
Core Core
Execution Stream Execution Stream
ULT
ULT
ULT
ULT
ULT
ULT
ULT
ULT
Naïve Pthreads Argobots
Heavy!
Thread scheduling (= context
switching) involve heavy system
calls.
User-level threads (ULTs) are
running on Pthreads; scheduling
is done by user-level context
switching in user space.
Small overheads.
Fork-Join Performance on KNL
1E+2
1E+3
1E+4
1E+5
1E+6
Pthreads Argobots ULTs
Fork
-Join Cycles
> 600x
How does a Lightweight ULT Library Work?
1. Launch Pthreads that run execution streams (= workers).
2. Created ULTs are pushed to (by default) a shared pool.
3. An execution stream pops a ULT from its shared pool.
4. If it is empty, (by default) random work stealing is performed.
5. If a running ULT needs to wait, context switch to another ULT.
7
Core
Kernel (OS)
Core
Pthreads Pthreads
Execution Stream Execution Stream
Pool
ULT
ULT
ULT
Pool
ABT_init(...);
ABT_xstream_create(...);
for (int i = 0; i < 3; i++)
ABT_create_thread(...);
// Yield and run another ULT.
ABT_thread_yield();
ULT
main()
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