SSS-CORE の性能

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これまでに SSS-CORE の性能評価が様々な面から行われています。ここでは以下の評価結果を要約して示します。

基本的なシステムコールの性能
MBCF の基本通信性能
- Gigabit Ethernet 使用時
- Fast Ethernet 使用時
MPI/MBCF の通信性能
MPI/MBCF による NAS Parallel Benchmarks の実行性能
MBCF を用いた RPC の性能
RCOP による SPLASH-2 suite の実行性能
- ADSM
- UDSM

詳細な実験の内容および考察に関しては論文をご覧下さい。

以下の文中で、「SPARCstation 20」という表記は Sun Microsystems SPARCstation 20 およびその互換機を指します。実験では主に、互換機である Axil 320 model 8.1.1 を使用しました。

基本的なシステムコールの性能

                            実験条件
-----------------------------------------------------------------
| ワークステーション | SPARCstation 20 (85 MHz SuperSPARC × 1) |
|--------------------|------------------------------------------|
|                    | SSS-CORE Ver. 1.1                        |
|         OS         |------------------------------------------|
|                    | SunOS 4.1.4                              |
-----------------------------------------------------------------

        タスク ID の取得コスト
--------------------------------------
| SSS-CORE get_taskid() | 1.12 μsec |
|-----------------------|------------|
|    SunOS getpid()     | 4.39 μsec |
--------------------------------------

      メモリ獲得／返却システムコールのコスト (単位: μsec)
----------------------------------------------------------------
|   サイズ (byte)   |  4 K     16 K    64 K    256 K     1 M   |
|-------------------+------------------------------------------|
| SSS-CORE allocate |  23.91   28.91   48.77   123.2    431.2  |
|   SSS-CORE free   |  19.49   20.36   23.91    36.23    99.06 |
|   SunOS sbrk()    | 133.2   375.8   894.3   1828     2020    |
----------------------------------------------------------------

MBCF の基本通信性能

Gigabit Ethernet 使用時

                                  実験条件
-----------------------------------------------------------------------------
|ワークステーション| Sun Microsystems Ultra 60 (450 MHz UltraSPARC-II × 1) |
|------------------|--------------------------------------------------------|
|       NIC        | Sun Microsystems GigabitEthernet/P 2.0 Adapter         |
|------------------|--------------------------------------------------------|
|   ネットワーク   | (直結)                                                 |
|------------------|--------------------------------------------------------|
|                  | SSS-CORE Ver. 2.3         & MBCF                       |
|OS および通信方式 |--------------------------------------------------------|
|                  | Solaris 2.6               & TCP/IP                     |
-----------------------------------------------------------------------------

      MBCF/1000BASE-SX の片道遅延時間 (単位: μsec)
---------------------------------------------------------
| data size (byte) |   4     16     64     256    1024  |
|------------------+------------------------------------|
|       MBCF       |  9.6   11.0   11.5   16.2    35.9  |
|      TCP/IP      | 95.08  95.22  95.39  99.45  114.15 |
---------------------------------------------------------

     MBCF/1000BASE-SX のピークバンド幅 (単位: Mbyte/sec)
-------------------------------------------------------------
| data size (byte) |  4     16    64     256   1024   1408  |
|------------------+----------------------------------------|
|       MBCF       | 2.29  5.67  22.30  55.41  78.22  80.92 |
|      TCP/IP      | 0.09  0.43   1.67   5.56  12.79  20.21 |
-------------------------------------------------------------

MBCF において、送受信のソフトウェアオーバヘッドが十分に小さいにもかかわらずピークバンド幅がハードウェア性能の限界(125 Mbyte/sec)近くまで出ていないのは、Ultra 60 のハードウェア側にボトルネックがあるものと推定される。

Fast Ethernet 使用時

                                   実験条件
-------------------------------------------------------------------------------
|ワークステーション| SPARCstation 20 (85 MHz SuperSPARC × 1)                 |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|       NIC        | Sun Microsystems Fast Ethernet SBus Adapter 2.0          |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|                  | SMC TigerStack 100 5324TX (non-switching 100BASE-TX HUB) |
|   ネットワーク   |----------------------------------------------------------|
|                  | Bay Networks BayStack 350T (switching 100BASE-TX HUB)    |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|        OS        | SSS-CORE Ver. 1.1                                        |
-------------------------------------------------------------------------------

    MBCF/100BASE-TX の片道遅延時間 (単位: μsec)
----------------------------------------------------
| data size (byte) |  4     16    64   256   1024  |
|------------------+-------------------------------|
|    MBCF_WRITE    | 24.5  27.5  34    60.5  172   |
|    MBCF_FIFO     | 32    32    40.5  73    210.5 |
|   MBCF_SIGNAL    | 49    52.5  60.5  93    227.5 |
----------------------------------------------------

     MBCF/100BASE-TX のピークバンド幅 (単位: Mbyte/sec)
-------------------------------------------------------------
|  data size (byte)  |  4     16    64   256   1024   1408  |
|--------------------+--------------------------------------|
| MBCF_WRITE, 半二重 | 0.31  1.15  4.31  8.56  11.13  11.48 |
| MBCF_WRITE, 全二重 | 0.34  1.27  4.82  9.63  11.64  11.93 |
-------------------------------------------------------------

MPI/MBCF の通信性能

                                   実験条件
-------------------------------------------------------------------------------
|ワークステーション| SPARCstation 20 (85 MHz SuperSPARC × 1)                 |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|       NIC        | Sun Microsystems Fast Ethernet SBus Adapter 2.0          |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|                  | SMC TigerStack 100 5324TX (non-switching 100BASE-TX HUB) |
|   ネットワーク   |----------------------------------------------------------|
|                  | Bay Networks BayStack 350T (switching 100BASE-TX HUB)    |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|                  | SSS-CORE Ver. 1.1          & MPI/MBCF                    |
|OS および MPI 実装|----------------------------------------------------------|
|                  | SunOS 4.1.4                & MPICH Ver. 1.1 (TCP を使用) |
-------------------------------------------------------------------------------

 100BASE-TX における MPI/MBCF の round-trip time (単位: μsec)
----------------------------------------------------------------
| message size (byte)  |  0    4   16    64   256   1024  4096 |
|----------------------+---------------------------------------|
| MPI/MBCF on SSS-CORE |  71   85   85   106   168   438  1026 |
|  MPICH/TCP on SunOS  | 968  962  980  1020  1080  1255  2195 |
----------------------------------------------------------------

       100BASE-TX における MPI/MBCF の peak bandwidth (単位: Mbyte/sec)
------------------------------------------------------------------------------
|  message size (byte)  |  4     16    64   256   1024   4096   16384  65536 |
|-----------------------+----------------------------------------------------|
| MPI/MBCF on SSS-CORE, | 0.14  0.53  1.82  4.72   8.08   9.72  10.15   9.78 |
|                半二重 |                                                    |
| MPI/MBCF on SSS-CORE, | 0.14  0.57  1.90  5.33  10.22  11.68  11.77  11.85 |
|                全二重 |                                                    |
| MPICH/TCP on SunOS,   | 0.02  0.09  0.35  1.27   3.54   6.04   5.59   7.00 |
|                半二重 |                                                    |
------------------------------------------------------------------------------

MPI/MBCF による NAS Parallel Benchmarks の実行性能

                                   実験条件
-------------------------------------------------------------------------------
|ワークステーション| SPARCstation 20 (85 MHz SuperSPARC × 1)                 |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|       NIC        | Sun Microsystems Fast Ethernet SBus Adapter 2.0          |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|   ネットワーク   | SMC TigerStack 100 5324TX (non-switching 100BASE-TX HUB) |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|                  | SSS-CORE Ver. 1.1          & MPI/MBCF                    |
|OS および MPI 実装|----------------------------------------------------------|
|                  | SunOS 4.1.4                & MPICH Ver. 1.1 (TCP を使用) |
-------------------------------------------------------------------------------

                      NAS Parallel Benchmarks の実行結果
-------------------------------------------------------------------------------
|  プログラム [実行台数]  | EP[8]  MG[8]  CG[8]  IS[8]   LU[8]   SP[9]  BT[9] |
|-----------------------------------------------------------------------------|
|                            MPI/MBCF on SSS-CORE                             |
|-----------------------------------------------------------------------------|
|     実行時間 (sec)      | 15.14  7.48   11.02  3.02   160.36  154.91  67.30 |
| 対 1 台                 | 7.99   5.24   6.27   3.33   6.26    8.11    9.16  |
|   スピードアップ率 (倍) |                                                   |
| 通信データレート        | 0.00   9.68   12.69  13.58  1.89    7.83    5.32  |
|             (Mbyte/sec) |                                                   |
| 通信メッセージレート    | 4      4670   2138   466    1199    421     488   |
|                (個/sec) |                                                   |
| 平均メッセージサイズ    | 0.00   2.07   5.94   29.14  1.58    18.60   10.90 |
|                 (Kbyte) |                                                   |
|  MBCF_WRITE 利用率 (%)  | 51.10  0.01   53.33  99.22  13.37   49.01   47.24 |
|   集団通信関数の使用    | yes    no     no     yes    no      no      no    |
|-----------------------------------------------------------------------------|
|                             MPICH/TCP on SunOS                              |
|-----------------------------------------------------------------------------|
|     実行時間 (sec)      | 16.25  13.72  14.59  4.81   185.04  231.66  96.02 |
| 対 1 台                 | 7.73   2.83   4.71   2.13   5.84    6.01    6.53  |
|   スピードアップ率 (倍) |                                                   |
|-----------------------------------------------------------------------------|
|               MPI/MBCF on SSS-CORE versus MPICH/TCP on SunOS                |
|-----------------------------------------------------------------------------|
|     性能向上率 (倍)     | 1.07   1.83   1.32   1.59   1.15    1.50    1.43  |
-------------------------------------------------------------------------------

MBCF を用いた RPC の性能

                                   実験条件
-------------------------------------------------------------------------------
|ワークステーション| SPARCstation 20 (85 MHz SuperSPARC × 1)                 |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|       NIC        | Sun Microsystems Fast Ethernet SBus Adapter 2.0          |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|   ネットワーク   | SMC TigerStack 100 5324TX (non-switching 100BASE-TX HUB) |
|------------------|----------------------------------------------------------|
|                  | SSS-CORE Ver. 1.1          & modified SUNRPC 4.0         |
|OS および RPC 実装|----------------------------------------------------------|
|                  | SunOS 4.1.4                & SUNRPC 4.0                  |
-------------------------------------------------------------------------------

100BASE-TX における RPC によるデータ転送の Round-trip latency (単位: μsec)
-----------------------------------------------
|   data size (byte)    |  4   256  512  1024 |
|-----------------------+---------------------|
| SSS-CORE, MBCF_SIGNAL | 127  173  221   315 |
|  SSS-CORE, MBCF_FIFO  | 148  194  251   372 |
|       SunOS TCP       | 863  903  918  1033 |
-----------------------------------------------

RCOP による SPLASH-2 suite の実行性能

ADSM

                                   実験条件
------------------------------------------------------------------------------
| ワークステーション | SPARCstation 20 (85 MHz SuperSPARC × 1)              |
|--------------------|-------------------------------------------------------|
|        NIC         | Sun Microsystems Fast Ethernet SBus Adapter 2.0       |
|--------------------|-------------------------------------------------------|
|    ネットワーク    | Bay Networks BayStack 350T (switching 100BASE-TX HUB) |
|--------------------|-------------------------------------------------------|
|         OS         | SSS-CORE Ver. 1.1                                     |
|--------------------|-------------------------------------------------------|
| ランタイムシステム | ADSM                                                  |
------------------------------------------------------------------------------

           LU-Contig (n = 512, b = 16) に対する最適化の効果
-----------------------------------------------------------------------
|       最適化手法        |実行時間|コンシステンシ|パケット数|通信量  |
|                         |   (sec)|  管理コード数|          | (Mbyte)|
|-------------------------+-------------------------------------------|
|          なし           |  28.20 |       5592 K |   5207 K |  47.73 |
|動的な                   |  14.35 |       5592 K |   83.5 K | 113.00 |
|   パケットコンバイニング|        |              |          |        |
|静的な手続き間           |   2.17 |       1.43 K |   7.73 K |   9.42 |
| 冗長性除去(コアレシング)|        |              |          |        |
|コンバイニングと         |   2.16 |       1.43 K |   7.60 K |   9.27 |
|             コアレシング|        |              |          |        |
-----------------------------------------------------------------------

Radix (#key = 1 M) に対する最適化の効果
-----------------------------------------------------------------------
|       最適化手法        |実行時間|コンシステンシ|パケット数|通信量  |
|                         |   (sec)|  管理コード数|          | (Mbyte)|
|-------------------------+-------------------------------------------|
|          なし           |  21.90 |        793 K |   3220 K |  76.72 |
|動的な                   |  12.13 |        793 K |   75.8 K | 101.08 |
|   パケットコンバイニング|        |              |          |        |
|静的な手続き間           |   1.57 |       2.08 K |   19.5 K |  13.47 |
| 冗長性除去(コアレシング)|        |              |          |        |
|コンバイニングと         |   1.24 |       2.08 K |   10.1 K |  13.63 |
|             コアレシング|        |              |          |        |
-----------------------------------------------------------------------

図: ADSM によるスピードアップ

UDSM

                                   実験条件
-------------------------------------------------------------------------------
|        |ワークステーション| SPARCstation 20 (85 MHz SuperSPARC × 1)        |
|        |------------------|-------------------------------------------------|
|        |       NIC        | Sun Microsystems Fast Ethernet SBus Adapter 2.0 |
|        |------------------|-------------------------------------------------|
|SSS-CORE|   ネットワーク   | Bay Networks BayStack 350T                      |
|システム|                  |                      (switching 100BASE-TX HUB) |
|        |------------------|-------------------------------------------------|
|        |        OS        | SSS-CORE Ver. 1.1                               |
|        |------------------|-------------------------------------------------|
|        |ランタイムシステム| UDSM                                            |
|-----------------------------------------------------------------------------|
|        |       MPP        | Fujitsu AP1000+ (50 MHz SuperSPARC × 256)      |
|AP1000+ |------------------|-------------------------------------------------|
|システム|        OS        | Cell-OS                                         |
|        |------------------|-------------------------------------------------|
|        |ランタイムシステム| UDSM                                            |
-------------------------------------------------------------------------------

           実行時間の内訳
-------------------------------------
| Sync | 同期処理                   |
|------|----------------------------|
|  WC  | 書き込み処理               |
|------|----------------------------|
|  PF  | ページフォールト処理       |
|------|----------------------------|
| Msg  | メッセージ処理             |
|------|----------------------------|
| Task | アプリケーション本来の計算 |
-------------------------------------

図: LU-Contig の実行時間

図: Radix の実行時間

図: UDSM によるスピードアップ(SSS-CORE)

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