在并行程序已广泛应用于各行各业的当代社会,保障并行程序的高效运行尤为重要。然而,系统软硬件故障和共享资源争抢等因素会导致并行程序出现性能故障,造成大量资源浪费,甚至带来无法估量的损失。因此,如何检测与规避并行程序的性能故障已成为亟待解决的重要问题。尽管国内外已有相关研究,但现有工作仍存在诸多不足,集中体现在:检测性能故障时,引入的性能开销过大,检测结果不易解读;规避性能故障时,对程序特征和系统特性的考虑不够全面。为更好地解决并行程序性能故障的检测与规避这一问题,本文研究如何低开销地在线检测性能故障并给出直观易读的检测结果,以及如何根据程序特征和系统特性进行针对性的性能故障规避。具体而言,本文的主要创新成果包括:（1）提出了利用并行程序源代码中的负载不变代码段进行性能故障在线检测的技术VSENSOR。VSENSOR通过编译器技术自动识别重复执行且各次执行时负载量不变的代码段,并将其视作并行程序内部的性能基准测试程序,从而利用并行程序的源代码进行性能故障检测,而不需要依赖外部测试程序。VSENSOR引入的运行时性能开销低于4%,平均为1.99%。（2）提出了可用于生产环境的轻量级性能故障在线检测技术VAPRO。VAPRO利用外部函数调用将程序运行过程切片,并通过硬件性能计数器和函数调用参数等运行时信息分析各切片的负载和性能。VAPRO不依赖外部测试程序,也不需要分析或修改源代码或可执行文件,实用性较强,可用于生产环境中的CESM等复杂的并行程序。VAPRO引入的性能开销低于10%,平均为2.38%。（3）提出了基于差异化资源调度的性能故障规避技术UBERUN。UBERUN首先分析并行程序对于缓存容量和内存带宽这两种共享资源的需求差异,接着通过分散共享的进程分布模式规避程序间或程序内的进程对此类共享资源的争抢。与不考虑资源争抢的调度方式相比,UBERUN将并行程序的性能平均提升了 16.2%,将系统整体吞吐率提升了 5.4%。（4）提出了利用显式核间消息传递机制规避互斥锁争抢相关性能故障的技术PLOCK。PLOCK是针对显式核间消息传递这一体系结构新特性设计的线程互斥锁。PLOCK针对核间通信机制进行优化,与基础的核间通信互斥锁方案相比,通信量减少67%,吞吐率提升284%,延迟缩短95%。PLOCK避免了互斥锁竞争引起的缓存和内存争抢,其吞吐率是基于内存的互斥锁的27.37倍。