C3模型：粗粒度并行计算的通信与性能分析

C3模型是一种针对粗粒度并行系统的并行计算模型，由S.E.Hambrush和A.A.Khokhar等人在1994年提出。该模型的核心理念是将复杂的并行算法分解为一系列超步，每个超步包含局部计算和随后的通信操作，其间通过同步机制确保一致性。C3模型假设处理器间通信采用点对点方式，但忽略了网络链路拥挤对性能的影响，适合于当时的工作站和微机机群这类粗粒度并行系统。 在C3模型中，算法的性能主要由三个维度衡量：计算复杂性（Computation）、通信类型（Communication）以及通信拥挤程度（Congestion）。计算单元（CU）代表本地计算负载，而通信单元（COU）则反映了处理器间的发送和接收数据量、延迟以及可能产生的网络拥挤。模型考虑了两种路由策略：存储转发路由和虫蚀寻径路由，以及两种发送和接收原语（阻塞和无阻塞），这些因素都会影响COU的具体数值。 模型中的五个关键参数包括： 1. P（处理机个数）：决定系统并行处理能力的基础。 2. h（网络延迟）：衡量数据传输的时间成本。 3. b（网络对分宽度）：描述分割网络所需的连接中断数量，反映网络拓扑结构。 4. S（启动时间）：发送消息时的初始化开销。 5. L（消息包长度）：通信的基本单位，直接影响数据传输效率。 C3模型在分析超步性能时，区分了计算和通信的独立影响，通过CU和COU量化评估。它假设处理器不能同时执行发送和接收操作，因此性能分析分为这两个方面。存储转发路由是其中一种通信策略，它会暂存数据直到接收完全后再继续，这可能导致额外的延迟和潜在的拥挤。 C3模型提供了一种实用的框架，用于评估并行计算系统的性能，尤其是在那些通信密集型应用中，通过考虑通信模式、路由策略和网络条件，有助于优化算法设计和系统配置，以达到最佳的并行计算效果。然而，随着技术的发展，现代并行计算模型可能会更注重低延迟、高带宽和减少网络拥挤的优化，以适应更复杂的分布式系统。