共享消息通信:融合消息传递与共享内存的高效通信模型
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更新于2024-06-17
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共享消息通信(SMC)是一种创新的通信模型,最初在2007年的《理论计算机科学电子笔记》第192期中提出,由阿斯特丽德·基恩在印度理工学院计算机科学与工程系提出。SMC的目标是解决传统消息传递和共享内存架构中的局限性,以提高性能并降低通信成本。它的核心原理是允许任务通过共享内存区域进行数据交换,通过引用而非实际数据进行通信,这样可以避免数据延迟和冗余问题,同时保持了对数据访问和完整性控制的必要性。
SMC的核心机制包括以下几个步骤:
1. **数据传输**:进程通过获取一个未使用的内存区域(称为令牌)并将数据写入其中,这个过程类似于共享内存编程,但通信元素已抽象化为对共享内存的引用。
2. **消息传递**:进程将写入的令牌发送到目标节点,实现了进程间的通信,但无需暴露原始数据地址。
3. **接收和处理**:接收端收到令牌后,在预先分配的内存区域上执行读写操作,完成接收任务。
4. **结束通信**:接收进程可能选择将令牌传递给另一个节点或释放它,根据通信需求。
SMC的优势在于其设计上结合了消息传递的错误防护(通过禁止共享地址空间)和共享内存的高效性(通过本地存储和互斥访问)。它能够有效应对大数据负载场景,相比于经典消息传递系统,通信延迟和内存使用得到显著优化。
此外,论文还提供了形式化的操作语义,定义了SMC命令在本地和共享存储器上的执行规则,这对于理解SMC如何工作及其性能提升至关重要。作者证明,任何基于消息传递的程序可以通过某种方式转换为等效的SMC程序,而且在通信成本方面,SMC的效率更高。
关键词:共享消息通信、操作语义、通信成本评估、消息传递,这些词汇展示了研究的重点,即在性能和安全性之间找到平衡,以适应现代高性能计算机应用的需求。
总结来说,共享消息通信是一种有潜力提高计算机系统性能的通信模型,通过智能利用共享内存和引用机制,减少通信开销,适用于大规模并行处理和数据密集型应用。它的有效性已在理论和实践中得到了验证,为未来并行计算架构的设计提供了新的思考方向。
2014-04-29 上传
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