由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，包括：S1、傳輸列表的邏輯分解并將傳輸列表按對象歸屬地劃分；S2、非線性部分優(yōu)化，利用非線性部分不等式的表格化來繼續(xù)縮小范圍，用組內(nèi)涉及的變量的范圍來驗證非線性部分不等式；S3、“代理”代碼定制，對于只包含線性表達式的組，可以用“代理”代碼；S4、消息結(jié)構化編碼解碼，所述消息是指為把傳輸列表發(fā)送給數(shù)據(jù)擁有者而所用的消息；S5、列表驅(qū)動的數(shù)據(jù)打包拆包，所述列表是指傳輸列表。本發(fā)明使用了表達式分析程序來自動化傳輸列表的壓縮方案的定制，然后根據(jù)表達式分析程序的分析結(jié)果來生成能實現(xiàn)這些壓縮方案的程序代碼，具有操作容易、通信效率高的優(yōu)點。
【專利說明】由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及并行計算機程序的數(shù)據(jù)通信研宄領域，特別涉及一種由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法。

【背景技術】
[0002]以往解決并行計算的傳輸列表壓縮問題的時候，有三種方案。這些方案不包括用傳統(tǒng)的文件壓縮算法壓縮傳輸列表，原因是那些壓縮算法的實時性達不到要求。
[0003]第一種方案適用于某些特定的并行計算流程，這些流程已經(jīng)有專用的軟件封裝數(shù)據(jù)通信過程了，例如Hypre、PESTc、ScaLAPACK等。封裝的功能一般包括了傳輸列表的壓縮，因此應用程序自身代碼不用管傳輸列表。由于并行計算流程的特殊性，這些專用軟件往往能為傳輸列表找到很簡短的表示方式。這是因為在較窄應用范圍內(nèi)，傳輸列表往往是很有規(guī)律的，明確了規(guī)律之后就容易找到其最佳的表示方式。還有更幸運的情況，傳輸列表甚至不需要包含在數(shù)據(jù)通信消息中，這是因為在某些非常特殊的并行計算流程里，專用軟件的程序可以在數(shù)據(jù)擁有者節(jié)點安排一段代碼扮演“代理”的角色。這類“代理”可以在擁有者處通過計算生成一份一模一樣的傳輸列表，替請求者遞交給數(shù)據(jù)擁有者。
[0004]第二種方案適用于某些簡化的并行計算流程。這些流程非常簡單，簡單到可以配套“通用”軟件框架來封裝數(shù)據(jù)通信。典型的例子是Map-Reduce。這里“通用”打引號是因為那只是計算部分的通用，通信部分的流程則要按照簡化的固定的模式來走。通信部分的簡化使傳輸列表很結(jié)構化，有固定形式、甚至能預先確定，因此軟件框架不需要知道數(shù)據(jù)的具體專業(yè)領域的信息，也不需要應用程序代碼的幫助，就能做好傳輸列表的壓縮甚至“代理”。
[0005]第三種方案適用于通用的并行計算流程。這些流程通常使用通用的數(shù)據(jù)通信支持庫來實現(xiàn)(例如MP1、PVM等)，但需要程序自主管理數(shù)據(jù)傳輸過程。這種方法的數(shù)據(jù)傳輸，可以使用雙邊通信功能，也可以用單邊通信功能。其中，雙邊是指數(shù)據(jù)請求者和數(shù)據(jù)擁有者兩邊，單邊則特指數(shù)據(jù)請求者這一邊。雙邊通信需要兩邊都知道傳輸列表。數(shù)據(jù)請求者當然是知道傳輸列表的，問題在于怎樣讓數(shù)據(jù)擁有者得到傳輸列表，和前面說的一樣，可以把傳輸列表先發(fā)送給數(shù)據(jù)擁有者，也可以在擁有者處定制一份“代理”代碼來計算出一份一模一樣的傳輸列表。不管是發(fā)送還是計算，一旦應用程序的自身代碼讓兩邊都有了傳輸列表，雙邊通信就能很默契地高效完成了。單邊通信實際上是由單邊激發(fā)通信，真正的通信過程仍然要兩邊都參與。單邊通信與雙邊通信的區(qū)別在于單邊通信自動化了把傳輸列表發(fā)給數(shù)據(jù)擁有者的過程，因此單邊通信不可能使用“代理”代碼，并且對傳輸列表只能采取機械化的表示方式。
[0006]上述第一種方案的缺點是專業(yè)領域上的適用面窄，其缺點的原因是需要針對非常特殊的并行計算流程，利用數(shù)據(jù)的專業(yè)領域信息，來定制傳輸列表的表示方式和“代理”代碼。換到另外一種應用，專業(yè)領域上的差別可以是非常大的。
[0007]上述第二種方案的缺點是計算流程上的適用面窄。其缺點的原因是并行計算流程過度簡化，不能適應很多應用的計算需求。
[0008]上述第三種方案的缺點是程序優(yōu)化難度大，程序開發(fā)成本高。對于雙邊通信，應用程序要在自身代碼中自主定制傳輸列表的表示方式和“代理”代碼，過程繁瑣。對于單邊通信，由于傳輸列表已經(jīng)被機械化地自動處理了，所以程序優(yōu)化空間小，無法為傳輸列表選擇較好的表示方式，也無法用“代理”代碼來減少傳輸列表的發(fā)送。單邊通信的優(yōu)化，最直接的做法往往是換成合理的雙邊通信。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，用于實現(xiàn)并行計算傳輸列表的表示方式和“代理”代碼的定制和實現(xiàn)。
[0010]為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0011]由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，包括下述步驟:
[0012]S1、傳輸列表的邏輯分解并將傳輸列表按對象歸屬地劃分，由于邏輯命題“對象在某地”在數(shù)學中可以用“對象的位置在某地范圍內(nèi)”這種不等式所表示，所以所述劃分是通過求解由多維的不等式組得到的，而不等式組的求解可以先根據(jù)不等式之間的依賴關系拆分為相互獨立的小不等式組，以降低求解的復雜度，這就是所述的邏輯分解；
[0013]S2、非線性部分優(yōu)化，利用非線性部分不等式的表格化來繼續(xù)縮小范圍，用組內(nèi)涉及的變量的范圍來驗證非線性部分不等式；
[0014]S3、“代理”代碼定制，對于只包含線性表達式的組，只要該組表達式中的“常量”是在數(shù)據(jù)擁有者節(jié)點上可知的，那么該組就可以用“代理”代碼；
[0015]S4、消息結(jié)構化編碼解碼，所述消息是指為把傳輸列表發(fā)送給數(shù)據(jù)擁有者而所用的消息；
[0016]S5、列表驅(qū)動的數(shù)據(jù)打包拆包，所述列表是指傳輸列表，所述數(shù)據(jù)打包是按照列表所指定的順序，把發(fā)往某節(jié)點的數(shù)據(jù)集中放入一個消息中，以便用該消息把數(shù)據(jù)成批地發(fā)送給那個節(jié)點；數(shù)據(jù)拆包就是該消息的接收者把數(shù)據(jù)從消息中取出來；
[0017]上述步驟S1-S5都和傳輸列表中的對象的邏輯位置有關，這些對象都存儲在并行計算中邏輯概念上的共享數(shù)組時里，都被傳輸列表按照某種邏輯順序來排列，假設傳輸列表的順序是k維的，所請求的對象的數(shù)組是m維的，那么這段傳輸列表的序列的通項表達式就是關于k個變量的m維表達式，并且這k個變量變化的范圍都由傳輸請求指定。
[0018]優(yōu)選的，步驟SI中，邏輯分解首先是按照上述k個變量在這m維表達式中的分布，把這m維分成若干組，使得不同組的表達式包含不同的變量，然后把每一組的有線性表達式的維找出來；按對象歸屬地劃分是按照數(shù)組在不同節(jié)點上的分區(qū)，把傳輸列表分成若干個子表，每個子表中的對象都是一個節(jié)點的，不同子表的對象是不同節(jié)點的。
[0019]優(yōu)選的，當指定某個節(jié)點時，這m維的表達式，為了讓其值落在該節(jié)點的區(qū)域內(nèi)，每一維都能對應兩個不等式，一個是該維表達式的值不小于該節(jié)點區(qū)域在這一維的下界，另一個是該維表達式的值不大于該節(jié)點區(qū)域在這一維的上界；所述邏輯分解，首先將這2m個不等式分成相互獨立的若干組，每一組不等式的解都不會影響其它組的解；其次將容易求解的線性不等式找出來；求解這些不等式，可以把那k個變量在這個節(jié)點上指定有效對象的范圍算出來，這個范圍可以比變量的全局范圍小很多；求解不等式的過程用的是幾何方法，只處理線性表達式得到的不等式:每一個這樣的線性不等式都對應一個超平面；所述超平面在多維空間中的性質(zhì)和平面在三維空間中的性質(zhì)類似，平面是超平面的特例，每一個這樣的超平面都有可能把數(shù)據(jù)請求所用的變量的全局范圍切掉一部分，所述全局范圍即為一個超立方；這些超平面都切完之后，就剩下一個相對較小的有界凸集了。
[0020]優(yōu)選的，步驟S2中，用組內(nèi)涉及的變量的范圍來驗證非線性部分不等式的方法是:遍歷所涉及的變量的取值范圍，逐點檢查非線性不等式是否成立；當成立的點數(shù)所占比例低于事先確定的一個閾值時，就把非線性表達式轉(zhuǎn)變?yōu)楸砀瘢渲兄话蔷€性不等式成立的那些點，且表格的維數(shù)由非線性不等式所涉及的變量數(shù)決定。
[0021]優(yōu)選的，步驟S3中，所述“常量”需要在每個節(jié)點上都維護一個常量表，這個常量表的內(nèi)容是各個節(jié)點上的“常量”在表格所在節(jié)點的副本；所述的“常量”是指表達式中除了請求給定范圍的那些變量之外的量，這些量可以是存儲在應用程序的變量中的，這些變量不是表達式中的那些變量；所述“常量”，是相對的常量，不是程序中絕對的常量。
[0022]優(yōu)選的，所述“常量”的維護，難點在于“常量”的同步更新，其同步更新的方法為:
[0023]在原節(jié)點上更新了 “常量”之后，在常量表所在節(jié)點上也做相應地更新，保持副本與原本的一致性，常量表允許應用程序做以下三方面的選擇:要保存哪些“常量”；哪些“常量”可以不需要通信，用給定的計算子程序可以異地更新；哪些“常量”需要通信來保持數(shù)據(jù)同步；在常量表的幫助下，“代理”代碼可以沒有阻礙地對該組線性表達式進行求值，從而避免了通過通信把組內(nèi)表達式信息發(fā)送給數(shù)據(jù)擁有者；“代理”代碼的模板是:先從常量表中取出所需的“常量”，再用超平面切割超立方體計算縮小的變量范圍，然后就可以在縮小的變量范圍內(nèi)遍歷各點，即遍歷在組所涉及的維上的投影，得到序列元素在這些維上的位置信息。
[0024]優(yōu)選的，步驟S4中，消息結(jié)構化編碼解碼的具體方法為:
[0025]首先，對于步驟S3中確定可以用“代理”代碼的表達式組，該表達式組不需要放到消息中；
[0026]然后，所有要入到消息中的表達式，都按照下面格式來編碼:用一個整數(shù)來記錄表達式組的維數(shù)；用前述維數(shù)那么多個整數(shù)來記錄維號列表；用一個整數(shù)來記錄表達式邏輯樹的節(jié)點數(shù)；用節(jié)點數(shù)那么多個節(jié)點結(jié)構來記錄節(jié)點內(nèi)容；用一個整數(shù)來記錄常量表長度；用常量表長度那么多個常量表結(jié)構來記錄常量值；用一個整數(shù)來記錄該組表達式所涉及的變量數(shù)；用前述變量數(shù)那么多個整數(shù)來記錄變量在數(shù)據(jù)請求中的編號；用一個整數(shù)來記錄限定變量范圍的超平面數(shù)；對每個超平面，用前述變量數(shù)加一那么多個整數(shù)來記錄超平面的位置；按照上述格式來存表達式，就可以把數(shù)據(jù)請求編碼到消息中；解碼過程是按編碼過程反過來做的，即按上述格式把表達式組從消息中取出來。
[0027]優(yōu)選的，所述節(jié)點內(nèi)容包括節(jié)點編號、父節(jié)點編號、作為子節(jié)點里的序號、操作符編號、左操作元類型和編號以及右操作元類型和編號；
[0028]所述結(jié)構內(nèi)容包括常量編號、常量類型編號、常量維數(shù)、常量各維大小以及常量數(shù)據(jù)。
[0029]優(yōu)選的，步驟S5中，列表的順序混合使用了兩種方式來指定，分別是“代理”代碼和列表的結(jié)構化消息，這兩種方式結(jié)合起來，可以還原傳輸列表，對于可以用“代理”代碼的表達式組，組內(nèi)的順序用“代理”代碼來計算得到；對于不能用“代理”代碼的表達式組，則需要通信得到從步驟S4所生成的傳輸列表消息，并從消息中，取出表達式的信息，從而通過遍歷表達式涉及的變量的范圍，來得到組內(nèi)的順序。
[0030]優(yōu)選的，步驟S4和步驟S5的動作都是要按具體情況來完成的，因此需要用代碼生成程序來生成對應的代碼，這些代碼所需要的分析結(jié)果，是由表達式分析程序來產(chǎn)生的。
[0031]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0032]1、本發(fā)明與上述第一、二種現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明使用了表達式分析程序來自動化傳輸列表的壓縮方案的定制，具有應用領域方面的適用面廣、并行算法方面的通用性好的優(yōu)點。事實上，前述現(xiàn)有技術的第一種情況(只為特定應用領域特殊地定制壓縮方案)和第二種情況(只為特定并行計算流程特殊地定制壓縮方案)都是在支持軟件的底層代碼(即專用軟件代碼、軟件框架代碼)中根據(jù)具體情況手工定制壓縮方案的，而本發(fā)明的方案則是通過程序?qū)Ρ磉_式的分析來自動定制壓縮方案，因此有這個優(yōu)點。
[0033]2、本發(fā)明用代碼生成程序生成能實現(xiàn)這些方案的程序代碼，把生成的這些代碼和應用程序的其他代碼一起編譯，就能得到通信效率較高的并行計算程序。本發(fā)明與前述第三種現(xiàn)有技術的方案的區(qū)別在于，前述第三種現(xiàn)有技術方案為了適應多種多樣的應用和算法，需要大量地手工編寫傳輸列表的壓縮代碼，而本發(fā)明方案的這些代碼是通過代碼生成程序自動生成的，因此有這個優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0036]實施例
[0037]傳輸列表是并行計算程序的數(shù)據(jù)通信消息的重要組成部分，本發(fā)明要解決這種傳輸列表的自動實時壓縮問題，并行計算把每個大規(guī)模任務分解成多個小規(guī)模任務，把每組大規(guī)模數(shù)據(jù)分成多組小規(guī)模數(shù)據(jù)，把分解后的任務和數(shù)據(jù)分配到不同的計算機節(jié)點上，進行計算和處理，并且不時地進行節(jié)點間的數(shù)據(jù)通信，以實現(xiàn)任務之間的協(xié)調(diào)，解決數(shù)據(jù)之間的依賴。數(shù)據(jù)通信通常由通信請求驅(qū)動，這就像電子商務的物流由商品訂單驅(qū)動一樣，和這些訂單一致的是，通信請求也要包含一份傳輸列表。這列表實際上是一個序列，其元素通項是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)所對應的對象的邏輯位置。對于讀數(shù)據(jù)的請求，請求者節(jié)點把這些對象的位置發(fā)給數(shù)據(jù)擁有者節(jié)點之后，數(shù)據(jù)擁有者就可以按照這些位置找到要數(shù)據(jù)對應的對象，然后就可以把對象的數(shù)據(jù)取出來打包發(fā)給請求者。對于寫數(shù)據(jù)的請求，請求者把位置序列連同數(shù)據(jù)一起發(fā)給數(shù)據(jù)擁有者，然后擁有者按位置把得到的數(shù)據(jù)更新到對應的對象中。本發(fā)明就是要解決壓縮這類傳輸列表的問題，其中的壓縮是廣義的壓縮，不但選擇更簡短的表示方式，而且通過一種叫“代理”代碼的計算機程序代碼，來盡可能地減少傳輸列表的發(fā)送。使用“代理代碼”可以減少傳輸列表的發(fā)送量，讓傳輸列表中必須發(fā)送的部分有更簡短的表不方式，在保證傳輸實時性的前提下減少由傳輸列表產(chǎn)生的通信負荷。
[0038]如圖1所示，本實施例的由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，其中主要技術包含五個部分的功能中，分別是傳輸列表的(一)邏輯分解和按對象歸屬地劃分、(二)非線性部分優(yōu)化、(三)“代理”代碼定制、(四)消息結(jié)構化編碼解碼和(五)列表驅(qū)動的數(shù)據(jù)打包拆包。其中，第一、二部分都是表示方式的優(yōu)化，第三部分是定制好“代理”代碼，以便減少傳輸列表的發(fā)送量，第四部分是對必須發(fā)送的傳輸列表的消息進行編碼和解碼，而第五部分則是用這種新型結(jié)構的傳輸列表指揮的數(shù)據(jù)打包和拆包機制。由于前三部分都是可以預先處理的，最后這兩部分的效率是保證實時性的關鍵。
[0039]上述五部分和前述兩套電腦程序的對應關系是:前三部分由表達式分析程序負責，后兩部分是代碼生成程序負責。
[0040]在具體介紹這五部分功能之前，先說一下傳輸列表中對象的邏輯位置。這些對象是都是可以按照數(shù)組組織的，包括很復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構，都可以放到數(shù)組中。這里的數(shù)組是邏輯概念上的數(shù)組，是并行計算中的全局共享數(shù)組，在物理分布上允許數(shù)組跨節(jié)點存儲，每個節(jié)點都可以擁有這個數(shù)組中連續(xù)的一個區(qū)域。數(shù)組可以是一維的，也可以是多維的，不同的數(shù)組可以有不同的維數(shù)。傳輸列表首先是按照數(shù)據(jù)請求分段的，每段中的對象都是同一個數(shù)組的，而且對象在數(shù)組中的位置有通項表達式表示。由于數(shù)組可以是多維的，所以這里的通項表達式也對應地可以是多維的。此外，這里的通項排列是按照對象在數(shù)據(jù)請求中的邏輯順序來排的。這里允許數(shù)據(jù)請求的邏輯順序是多維的，這個請求的維數(shù)不要求和數(shù)組的維數(shù)一樣，請求的維數(shù)由請求中使用了多少個變量來決定，并且要求變量的范圍(稱為變量的全局范圍)要在請求中明確地給出。因此，假設一個數(shù)據(jù)請求是k維的，所請求的對象的數(shù)組是m維的，那么這段傳輸列表的序列的通項表達式就是m維的，這些表達式都是關于數(shù)據(jù)請求給定的k個變量的(但不要求每個表達式都包含所有k個變量)，并且這里k個變量變化的范圍都由請求指定。
[0041]第一部分功能是傳輸列表的邏輯分解和按對象歸屬地劃分，在圖1中是Al部分。邏輯分解首先是按照上述k個變量在這m維表達式中的分布，把這m維分成若干組，使得不同組的表達式包含不同的變量，然后把每一組的有線性表達式的維找出來。按對象歸屬地劃分是按照數(shù)組在不同節(jié)點上的分區(qū)，把傳輸列表分成若干個子表，每個子表中的對象都是一個節(jié)點的，不同子表的對象是不同節(jié)點的。這里的分解和分劃是有關聯(lián)的，當指定某個節(jié)點時，這m維的表達式，為了讓其值落在該節(jié)點的區(qū)域內(nèi)，每一維都能對應兩個不等式，一個是該維表達式的值不小于該節(jié)點區(qū)域在這一維的下界，另一個是該維表達式的值不大于該節(jié)點區(qū)域在這一維的上界。因此，這部分功能中的分解，首先是為了把這2m個不等式分成相互獨立的若干組，每一組不等式的解都不會影響其它組的解，更重要的是在組內(nèi)求解不等式更容易；其次是為了把容易求解的線性不等式找出來。求解這些不等式，可以把那k個變量在這個節(jié)點上指定有效對象的范圍算出來，這個范圍可以比變量的全局范圍小很多。求解不等式的過程用的是幾何方法，只處理線性表達式得到的不等式:每一個這樣的線性不等式都對應一個超平面(超平面是在多維空間中的性質(zhì)和平面在三維空間中的性質(zhì)類似，平面是超平面的特例)ο每一個這樣的超平面都有可能把數(shù)據(jù)請求所用的變量的全局范圍(一個超立方體)切掉一部分。這些超平面都切完之后，就剩下一個相對較小的有界凸集了。
[0042]第二部分功能是非線性部分的優(yōu)化，在圖1中是A2部分。上一部分利用線性部分的不等式縮小了描述請求的變量在指定節(jié)點上的范圍，這一部分嘗試用非線性部分不等式的表格化來繼續(xù)縮小范圍，得益于第一部分的不等式分組，這里可以只用組內(nèi)涉及的變量的范圍來驗證非線性不等式，其方法是遍歷所涉及的變量的取值范圍，逐點檢查非線性不等式是否成立；當成立的點數(shù)所占比例低于事先確定的一個閾值時，就把非線性表達式轉(zhuǎn)變?yōu)楸砀瘢渲兄话蔷€性不等式成立的那些點，且表格的維數(shù)由非線性不等式所涉及的變量數(shù)決定。這樣做，可以使請求的接收者(也就是數(shù)據(jù)擁有者)避免在非線性不等式不成立的點上求表達式的值，降低了接收者處理請求時的計算復雜度，但代價是使表達式的常量變多(表格中的值是增多的常量)，從而增大了發(fā)送請求的傳輸量。因此，非線性表達式的優(yōu)化必須用前述的閾值來控制，以便在傳輸量和計算量之間取得平衡。
[0043]第三部分功能是“代理”代碼的定制，在圖1中是A3部分，上面第一部分把表達式分組后，有一些組內(nèi)是只包含線性表達式的，另外有一些組包含了非線性表達式(有可能也包含線性表達式)。對于只包含線性表達式的組，有可能可以用“代理”代碼，只要該組表達式中的“常量”是在數(shù)據(jù)擁有者節(jié)點上可知的，那么該組就可以用“代理”代碼。為了讓“代理”代碼能夠處理好這些“常量”，需要在每個節(jié)點上都維護一個常量表，這個常量表的內(nèi)容是各個節(jié)點上的“常量”在表格所在節(jié)點的副本。應當明確的是，這里的“常量”是指表達式中除了請求給定范圍的那些變量之外的量，這些量可以是存儲在應用程序的變量中的，只不過這些變量不是表達式中的那些變量。因此，這里的所謂“常量”，是相對的常量，不是程序中絕對的常量。這些“常量”的維護，難點在于“常量”的同步更新。在原節(jié)點上更新了 “常量”之后，在常量表所在節(jié)點上也要相應地更新，來保持副本與原本的一致性。這些更新要盡可能地避免通信，因此，常量表允許應用程序做以下三方面的選擇:要保存哪些“常量”；哪些“常量”可以不需要通信，用給定的計算子程序可以異地更新；哪些“常量”需要通信來保持數(shù)據(jù)同步。在常量表的幫助下，“代理”代碼可以沒有阻礙地對該組線性表達式進行求值，從而避免了通過通信把組內(nèi)表達式信息發(fā)送給數(shù)據(jù)擁有者?！按怼贝a的模板是:先從常量表中取出所需的“常量”，再用第一部分所提及的幾何方法(用超平面切割超立方體)計算縮小的變量范圍，然后就可以在縮小的變量范圍內(nèi)遍歷各點(在組所涉及的維上的投影)，得到序列元素在這些維上的位置信息。該模板被用于圖中的G2部分(生成代理)。
[0044]第四部分是消息結(jié)構化編碼解碼，在圖1中是Gl部分，這里的消息是指為把傳輸列表發(fā)送給數(shù)據(jù)擁有者而所用的消息。簡單來說，這些消息要存放數(shù)據(jù)請求的表達式的信息。首先，每三部分的功能已經(jīng)確定了那些表達式組可以用“代理”代碼，從而那些表達式組不需要放到消息中；然后，所有要入到消息中的表達式，都按照下面格式來編碼:用一個整數(shù)來記錄表達式組的維數(shù)；用前述維數(shù)那么多個整數(shù)來記錄維號列表；用一個整數(shù)來記錄表達式邏輯樹的節(jié)點數(shù)；用節(jié)點數(shù)那么多個節(jié)點結(jié)構來記錄節(jié)點內(nèi)容，節(jié)點內(nèi)容包括節(jié)點編號(一個整數(shù))，父節(jié)點編號(一個整數(shù))，作為子節(jié)點里的序號(一個整數(shù))，操作符編號(一個整數(shù))，左操作元類型和編號(兩個整數(shù)，類型包括子樹、常量和變量)，右操作元類型和編號(兩個整數(shù)，類型種類如前所述)；用一個整數(shù)來記錄常量表長度；用常量表長度那么多個常量表結(jié)構來記錄常量值，結(jié)構內(nèi)容包括常量編號(一個整數(shù))，常量類型編號(一個整數(shù))，常量維數(shù)(一個整數(shù))，常量各維大小(每維一個整數(shù))，常量數(shù)據(jù)(總共各維大小之乘積那么多個數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)項都用常量類型編號所對應的類型來表示)；用一個整數(shù)來記錄該組表達式所涉及的變量數(shù)；用前述變量數(shù)那么多個整數(shù)來記錄變量在數(shù)據(jù)請求中的編號；用一個整數(shù)來記錄限定變量范圍的超平面數(shù)；對每個超平面，用前述變量數(shù)加一那么多個整數(shù)來記錄超平面的位置。按照上述格式來存表達式，就可以把數(shù)據(jù)請求編碼到消息中。解碼過程是按編碼過程反過來做的，換句話說，就是按上述格式把表達式組從消息中取出來。我們可以看到，由于傳輸列表的這種消息是用表達式來表示的，其長度會明顯地小于傳統(tǒng)的枚舉方式所需要的消息長度。因此，這一部分功能能夠很大程度地優(yōu)化應用程序的通信效率。
[0045]第五部分是列表驅(qū)動的數(shù)據(jù)打包拆包，在圖1中是G3部分，這里的列表是指傳輸列表，簡單來說，數(shù)據(jù)打包就是按照列表所指定的順序，把發(fā)往某節(jié)點的數(shù)據(jù)集中放入一個消息中，以便用該消息把數(shù)據(jù)成批地發(fā)送給那個節(jié)點；反過來，數(shù)據(jù)拆包就是該消息的接收者把數(shù)據(jù)從消息中取出來，其中，因為數(shù)據(jù)接收者是知道傳輸列表的，所以接收者會知道各項數(shù)據(jù)對應哪個對象。更具體地，列表的順序混合使用了兩種方式來指定，分別是“代理”代碼和列表的結(jié)構化消息，這兩種方式結(jié)合起來，可以還原傳輸列表。對于可以用“代理”代碼的表達式組，組內(nèi)的順序用“代理”代碼來計算得到；對于不能用“代理”代碼的表達式組，則需要通信得到從第四部分功能所生成的傳輸列表消息，并從消息中，取出表達式的信息，從而通過遍歷表達式涉及的變量的范圍，來得到組內(nèi)的順序，有了這些順序，打包和拆包都是機械的動作。
[0046]本實施例中，由于第四和第五部分功能的動作都是要按具體情況來做的，因此需要用代碼生成程序來生成對應的代碼。這些代碼所需要的前三部分功能的分析結(jié)果，是由表達式分析程序來產(chǎn)生的。
[0047]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，其特征在于，包括下述步驟: 51、傳輸列表的邏輯分解并將傳輸列表按對象歸屬地劃分，由于邏輯命題“對象在某地”在數(shù)學中可以用“對象的位置在某地范圍內(nèi)”這種不等式所表示，所以所述劃分是通過求解由多維的不等式組得到的，而不等式組的求解可以先根據(jù)不等式之間的依賴關系拆分為相互獨立的小不等式組，以降低求解的復雜度，這就是所述的邏輯分解； 52、非線性部分優(yōu)化，利用非線性部分不等式的表格化來繼續(xù)縮小范圍，用組內(nèi)涉及的變量的范圍來驗證非線性部分不等式； 53、“代理”代碼定制，對于只包含線性表達式的組，只要該組表達式中的“常量”是在數(shù)據(jù)擁有者節(jié)點上可知的，那么該組就可以用“代理”代碼； 54、消息結(jié)構化編碼解碼，所述消息是指為把傳輸列表發(fā)送給數(shù)據(jù)擁有者而所用的消息; 55、列表驅(qū)動的數(shù)據(jù)打包拆包，所述列表是指傳輸列表，所述數(shù)據(jù)打包是按照列表所指定的順序，把發(fā)往某節(jié)點的數(shù)據(jù)集中放入一個消息中，以便用該消息把數(shù)據(jù)成批地發(fā)送給那個節(jié)點；數(shù)據(jù)拆包就是該消息的接收者把數(shù)據(jù)從消息中取出來； 上述步驟S1-S5都和傳輸列表中的對象的邏輯位置有關，這些對象都存儲在并行計算中邏輯概念上的共享數(shù)組時里，都被傳輸列表按照某種邏輯順序來排列，假設傳輸列表的順序是k維的，所請求的對象的數(shù)組是m維的，那么這段傳輸列表的序列的通項表達式就是關于k個變量的m維表達式，并且這k個變量變化的范圍都由傳輸請求指定。
2.根據(jù)權利要求1所述由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，其特征在于，步驟SI中，邏輯分解首先是按照上述k個變量在這m維表達式中的分布，把這m維分成若干組，使得不同組的表達式包含不同的變量，然后把每一組的有線性表達式的維找出來；按對象歸屬地劃分是按照數(shù)組在不同節(jié)點上的分區(qū)，把傳輸列表分成若干個子表，每個子表中的對象都是一個節(jié)點的，不同子表的對象是不同節(jié)點的。
3.根據(jù)權利要求2所述由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，其特征在于，當指定某個節(jié)點時，這m維的表達式，為了讓其值落在該節(jié)點的區(qū)域內(nèi)，每一維都能對應兩個不等式，一個是該維表達式的值不小于該節(jié)點區(qū)域在這一維的下界，另一個是該維表達式的值不大于該節(jié)點區(qū)域在這一維的上界；所述邏輯分解，首先將這2m個不等式分成相互獨立的若干組，每一組不等式的解都不會影響其它組的解；其次將容易求解的線性不等式找出來；求解這些不等式，可以把那k個變量在這個節(jié)點上指定有效對象的范圍算出來，這個范圍可以比變量的全局范圍小很多；求解不等式的過程用的是幾何方法，只處理線性表達式得到的不等式:每一個這樣的線性不等式都對應一個超平面；所述超平面在多維空間中的性質(zhì)和平面在三維空間中的性質(zhì)類似，平面是超平面的特例，每一個這樣的超平面都有可能把數(shù)據(jù)請求所用的變量的全局范圍切掉一部分，所述全局范圍即為一個超立方；這些超平面都切完之后，就剩下一個相對較小的有界凸集了。
4.根據(jù)權利要求1所述的由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，其特征在于，步驟S2中，用組內(nèi)涉及的變量的范圍來驗證非線性部分不等式的方法是:遍歷所涉及的變量的取值范圍，逐點檢查非線性不等式是否成立；當成立的點數(shù)所占比例低于事先確定的一個閾值時，就把非線性表達式轉(zhuǎn)變?yōu)楸砀?，其中只包含非線性不等式成立的那些點，且表格的維數(shù)由非線性不等式所涉及的變量數(shù)決定。
5.根據(jù)權利要求1所述的由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，其特征在于，步驟S3中，所述“常量”需要在每個節(jié)點上都維護一個常量表，這個常量表的內(nèi)容是各個節(jié)點上的“常量”在表格所在節(jié)點的副本；所述的“常量”是指表達式中除了請求給定范圍的那些變量之外的量，這些量可以是存儲在應用程序的變量中的，這些變量不是表達式中的那些變量；所述“常量”，是相對的常量，不是程序中絕對的常量。
6.根據(jù)權利要求5所述的由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，其特征在于，所述“常量”的維護，難點在于“常量”的同步更新，其同步更新的方法為: 在原節(jié)點上更新了 “常量”之后，在常量表所在節(jié)點上也做相應地更新，保持副本與原本的一致性，常量表允許應用程序做以下三方面的選擇:要保存哪些“常量”;哪些“常量”可以不需要通信，用給定的計算子程序可以異地更新；哪些“常量”需要通信來保持數(shù)據(jù)同步；在常量表的幫助下，“代理”代碼可以沒有阻礙地對該組線性表達式進行求值，從而避免了通過通信把組內(nèi)表達式信息發(fā)送給數(shù)據(jù)擁有者；“代理”代碼的模板是:先從常量表中取出所需的“常量”，再用超平面切割超立方體計算縮小的變量范圍，然后就可以在縮小的變量范圍內(nèi)遍歷各點，即遍歷在組所涉及的維上的投影，得到序列元素在這些維上的位置信息。
7.根據(jù)權利要求1所述的由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，其特征在于，步驟S4中，消息結(jié)構化編碼解碼的具體方法為: 首先，對于步驟S3中確定可以用“代理”代碼的表達式組，該表達式組不需要放到消息中； 然后，所有要入到消息中的表達式，都按照下面格式來編碼:用一個整數(shù)來記錄表達式組的維數(shù)；用前述維數(shù)那么多個整數(shù)來記錄維號列表；用一個整數(shù)來記錄表達式邏輯樹的節(jié)點數(shù)；用節(jié)點數(shù)那么多個節(jié)點結(jié)構來記錄節(jié)點內(nèi)容；用一個整數(shù)來記錄常量表長度；用常量表長度那么多個常量表結(jié)構來記錄常量值；用一個整數(shù)來記錄該組表達式所涉及的變量數(shù)；用前述變量數(shù)那么多個整數(shù)來記錄變量在數(shù)據(jù)請求中的編號；用一個整數(shù)來記錄限定變量范圍的超平面數(shù)；對每個超平面，用前述變量數(shù)加一那么多個整數(shù)來記錄超平面的位置；按照上述格式來存表達式，就可以把數(shù)據(jù)請求編碼到消息中；解碼過程是按編碼過程反過來做的，即按上述格式把表達式組從消息中取出來。
8.根據(jù)權利要求7所述的由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，其特征在于，所述節(jié)點內(nèi)容包括節(jié)點編號、父節(jié)點編號、作為子節(jié)點里的序號、操作符編號、左操作元類型和編號以及右操作元類型和編號； 所述結(jié)構內(nèi)容包括常量編號、常量類型編號、常量維數(shù)、常量各維大小以及常量數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權利要求1所述的由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，其特征在于，步驟S5中，列表的順序混合使用了兩種方式來指定，分別是“代理”代碼和列表的結(jié)構化消息，這兩種方式結(jié)合起來，可以還原傳輸列表，對于可以用“代理”代碼的表達式組，組內(nèi)的順序用“代理”代碼來計算得到；對于不能用“代理”代碼的表達式組，則需要通信得到從步驟S4所生成的傳輸列表消息，并從消息中，取出表達式的信息，從而通過遍歷表達式涉及的變量的范圍，來得到組內(nèi)的順序。
10.根據(jù)權利要求1所述的由序列通項表達式驅(qū)動的并行計算傳輸列表實時壓縮方法，其特征在于，步驟S4和步驟S5的動作都是要按具體情況來完成的，因此需要用代碼生成程序來生成對應的代碼，這些代碼所需要的分析結(jié)果，是由表達式分析程序來產(chǎn)生的。
【文檔編號】H03M7/30GK104485967SQ201510010178
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2015年1月8日 優(yōu)先權日:2015年1月8日
【發(fā)明者】吳峻峰, 許躍生, 張勇瑞, 林英展, 王健珊, 關文超, 何鴻愷, 李達超, 葉緯材, 張永東, 江穎 申請人:中山大學