【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信领域，涉及一种通信优化方法，具体涉及一种基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法及装置。
技术介绍
1、人脑由数百亿个神经元和数万亿个突触组成，具有高度的并行性。不同的神经元群组成了大脑的各个区域，它们相互作用形成了一个复杂的动力系统，实现了多种多样的大脑活动。数字孪生脑提供了一种有效的方法来通过大脑的计算建模来发现和呈现大脑运作的核心机制。它促进了对大脑如何以科学方式感知、思考和行动的理解，从而构成认知计算的重要组成部分，具有科学意义和广泛的实际应用。然而，数字孪生脑模拟的性能并不随神经元和突触大小呈线性变化，目前主流的模拟器的性能还不能满足研究人员进一步探索人脑的需求。大脑模拟可以分为神经元的计算与神经元的之间的信息交换两种主要任务。神经元内的计算可以通过gpu加速计算，但神经元间脉冲的数据量将随着模拟的神经元与突触规模显著增加，模拟性能的主要瓶颈将受限于计算节点间通过网络的进程间通信。在同步的数字孪生脑中，一个步长的模拟的计算和通信必须在下一次迭代开始之前全部完成，所以通信的通信延迟由通信时间最长的进程对决定。因此，为了应对数字孪生脑中的通信挑战，为科学家进一步研究人脑工作机制建立基础，亟须一种高效的进程间通信策略。
2、由于数字孪生脑的规模与复杂性，其模拟通常需要大量的运算资源。为了满足模拟的计算需求，许多现有的脉冲神经网络模拟器具有在多节点环境中并行执行模拟程序的能力。例如，monet模拟器采用混合并行的计算策略，在计算节点内部使用openmp来利用多个cpu核心并行化计算过程，同时使用消息传
3、随着gpu等硬件的快速发展，通信开销逐渐取代计算成为限制现有在大型集群上运行的大规模并行程序性能与可扩展性的最主要瓶颈。bruck算法等mpi集合通信算法能够有效降低分布式内存系统的通信开销，但无法高效利用生物脑模型呈现的稀疏的通信模式。稀疏邻域集合通信在通过先验知识定义的进程拓扑上进行集合通信，并在稀疏矩阵乘法、天气预报等领域取得了较好的效果，但数字孪生脑模型中脑区活动的不规则性使得研究者无法在模拟前定义有效的邻居进程拓扑结构。selvitop等研究者首先将稀疏矩阵进行2维划分，以降低系数矩阵向量乘法spmv算法的通信开销，之后将该策略拓展到多维，通过作用在应用层的软件定义的逻辑拓扑结构降低了进程间通信的延迟开销。
4、总之，现有技术对于如何降低大规模并行程序的通信开销，还有很大的提升空间。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法及装置。
2、本专利技术提供了一种基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法，用于完成n个进程之间的通信，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤s1，根据n个进程构建m维虚拟进程拓扑，对各个进程分配对应的虚拟坐标，虚拟坐标包括m个维度；步骤s2，根据虚拟坐标，控制所有进程依次进行m个维度的进程间通信，其中，在第d个维度的进程间通信中，各个进程仅与其对应的邻居进程进行消息发送和接收，在第d个维度的进程间通信中，进程a的虚拟坐标与进程b的虚拟坐标仅在第d个维度上不同，则进程a和进程b互为对方的邻居进程。
3、在本专利技术提供的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法中，还可以具有这样的特征：其中，进程间通信包括信息发送阶段、信息接收阶段和信息解析阶段，在信息发送阶段，进程将发送缓冲区中的信息发送至目标进程，将转发缓冲区中的信息发送至中转进程，中转进程和目标进程均为进程的邻居进程，在信息接收阶段，进程接收发送至该进程的信息，在信息解析阶段，进程对发送至该进程的信息进行数据解析，得到以进程为目标进程的信息和以进程为中转进程的信息，并将以进程为中转进程的信息存放至转发缓冲区。
4、在本专利技术提供的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法中，还可以具有这样的特征：其中，在进程间通信中，进程对应的目标进程和中转进程为同一进程时，进程将需要发送至目标进程的信息和需要发送至中转进程的信息封装为同一个信息进行发送。
5、在本专利技术提供的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法中，还可以具有这样的特征：其中，m维虚拟进程拓扑的表达式为：tm(k1,k2,…,km)，k1×k2×…×km＝n，式中kd为第d个维度的长度。
6、在本专利技术提供的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法中，还可以具有这样的特征：其中，根据贪心算法将通讯数据量大的各个进程设置在同一维度。
7、本专利技术还提供了一种基于虚拟进程拓扑的数字孪生脑模拟装置，用于根据计算任务得到对应的计算结果，具有这样的特征，包括：虚拟进程拓扑构建模块，用于根据计算任务对应的所有进程构建m维虚拟进程拓扑，并对各个进程分配对应的虚拟坐标，虚拟坐标包括m个维度；进程通信控制模块，用于根据虚拟坐标，在每个步长控制所有进程依次进行m个维度的进程间通信，其中，在第d个维度的进程间通信中，各个进程仅与其对应的邻居进程进行消息发送和接收，在第d个维度的进程间通信中，进程a的虚拟坐标与进程b的虚拟坐标仅在第d个维度上不同，则进程a和进程b互为对方的邻居进程。
8、专利技术的作用与效果
9、根据本专利技术所涉及的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法及装置，因为，采用贪心算法将进程转化为多维虚拟进程拓扑，再采用邻居进程依次实现各个维度下的进程间通信，从而取代原有的点对点进程间通信，从而降低通信开销。所以，本专利技术的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法及装置能够有效降低大规模并行程序的通信开销。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法，用于完成N个进程之间的通信，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法，其特征在于：
6.一种基于虚拟进程拓扑的数字孪生脑模拟装置，用于根据计算任务得到对应的计算结果，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法，用于完成n个进程之间的通信，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的基于虚拟进程拓扑的进程间通信优化方法，其特征在于：
...【专利技术属性】
技术研发人员：吕智慧，杜鑫，刘昱昊，冯建峰，郑奇宝，卢文联，保昱冰，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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