C3模型详解：并行计算中的通信与性能分析

"C3模型是一种并行计算模型，由S.E.Hambrush和A.A.Khokhar在1994年提出，主要应用于粗粒度并行系统。该模型关注计算、通信和通信拥挤三个方面，适用于评估工作站和微机机群系统的并行算法性能。C3模型采用了路障同步方式，算法由多个超级步组成，每个超级步包括局部计算和通信，同步后进入下一个超级步。模型通过计算单位(CU)和通信单位(COU)来衡量超级步和算法的性能。C3模型包含五个关键参数：处理机个数(P)，网络延迟(h)，网络对分宽度(b)，启动时间(S)，以及消息包长度(L)。此外，模型分析了存储转发路由和虫蚀寻径路由，以及阻塞和无阻塞的发送接收原语对通信单元(COU)的影响。" C3模型的核心在于其对并行计算性能的评估，它假设处理器间的通信是点对点的，并且忽略了网络链路和通信拥挤对性能的具体影响。在C3模型中，超级步是算法的基本执行单元，由计算阶段和通信阶段组成。计算单位(CU)反映了超级步内的本地计算量，而通信单位(COU)则涉及到数据传输的数量、延迟以及可能的通信拥挤。 网络延迟(h)是通信时间的一个重要组成部分，它定义了消息在网络中传播所需的时间。网络对分宽度(b)描述了网络分割时所需的处理机连接中断数量，这与网络的拓扑结构和容错能力有关。启动时间(S)是创建一个消息的开销，包括设置和初始化过程。消息包长度(L)决定了数据传输的效率，因为更长的消息可能会导致更高的通信成本。 C3模型分析了两种路由策略：存储转发和虫蚀寻径。存储转发是一种常见的网络通信技术，其中数据包必须在到达目的地之前完全接收和存储。而虫蚀寻径路由允许数据在传输过程中逐步拆分，可以提高网络的吞吐量。同时，模型还考虑了发送和接收操作的阻塞和无阻塞形式，阻塞模式会在发送或接收操作完成前阻止其他操作，而无阻塞模式则允许并发执行。 C3模型提供了一个框架，用于理解和优化粗粒度并行系统中的算法性能，通过对计算、通信和潜在的网络拥挤进行量化分析，帮助设计者评估和改进并行算法的效率。