【摘要】：通過研究水齡和水齡譜，可以使海洋環(huán)境學家理解該變化對水體輸運過程所產(chǎn)生的潛在影響，對于保障沿海地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。目前，在水齡譜數(shù)值模擬研究中多采用串行計算模型，由于該模擬的數(shù)據(jù)和計算量較大，導致系統(tǒng)運行效率較低，特別是對于大規(guī)模的水齡譜數(shù)值模擬，過低的運算效率甚至會影響到研究的正常進行。在水齡譜模擬過程中應用并行計算技術(shù)，可以提高模擬速度，從而提高研究效率，同時對并行計算技術(shù)在海洋數(shù)值模擬領(lǐng)域的應用和發(fā)展也具有重要作用。本文的研究得到了國家自然科學基金項目“渤海多源水齡和水齡譜數(shù)值研究（41176007）”的支持。 本文將適用于分布式存儲環(huán)境的消息傳遞接口（Message Passing Interface，MPI）與適用于共享存儲環(huán)境的開放式多處理（Open Multi-Processing，OpenMP）兩種并行計算技術(shù)相結(jié)合，提出了一種適用于海洋水齡譜數(shù)值模擬的混合并行計算模型，并將該模型應用于渤海水齡譜數(shù)值模擬當中進行了實驗研究，本文的主要工作如下： (1)實現(xiàn)了水齡譜數(shù)值模擬的并行化。在對水齡譜數(shù)值模擬過程進行介紹和分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合MPI和OpenMP兩種并行計算技術(shù)，實現(xiàn)了水齡譜數(shù)值模擬的混合并行計算。相對于單一并行技術(shù)的模型，混合模型更加適合多核心集群計算機系統(tǒng)。 (2)將混合并行水齡譜模型應用于渤海水齡譜數(shù)值模擬當中，模擬了渤海水齡譜，并對比了串行算法的結(jié)果以驗證混合模型的可靠性。在此基礎(chǔ)上，對混合模型的運算效率進行了測試，并與傳統(tǒng)的純MPI模型進行了對比。 (3)為了進一步了解混合水齡譜模型的可擴展性，研究了模型的系統(tǒng)內(nèi)存資源使用情況。 實驗結(jié)果表明，MPI+OpenMP混合并行水齡譜模型能夠顯著提高水齡譜模擬的運算效率，且相對于傳統(tǒng)的純MPI方式具有更高的運算速度和更低的系統(tǒng)資源消耗。
【圖文】：

圖2-1 SMP結(jié)構(gòu)模型圖Fig.2-1 SMP structural model diagram機有如下特征：享存儲：任意處理單元均可通過總線或者交叉開關(guān)出設(shè)備，訪問延遲、帶寬等是同一的，同時具有統(tǒng)像唯一：存儲器中只有一個操作系統(tǒng)駐留，操作系況動態(tài)分配運算資源，保證整機負載平衡。存一致性：各處理單元擁有獨立的高速緩存，其中保持一致。延遲：各個計算進程通過共享數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來完成處遲通常大幅低于網(wǎng)絡(luò)通信帶來的延遲，同時支持消程序設(shè)計。線帶寬：所有處理單元共享總線帶寬，實現(xiàn)對內(nèi)存的訪問。

圖2-2 DSM結(jié)構(gòu)模型圖Fig.2-2 DSM structural model diagram式共享存儲多處理機具有以下特點：計算節(jié)點為單位：每個計算節(jié)點由一個或多個 CPU 組成，各部高速緩存，并共享節(jié)點內(nèi)的存儲器和輸入輸出設(shè)備，，節(jié)點連接。體上分布式存儲：由于存儲器分布于各節(jié)點內(nèi)，因此整體上點。存地址空間統(tǒng)一：內(nèi)存單元進行了統(tǒng)一編址，并通過網(wǎng)絡(luò)連。節(jié)點可以直接訪問本地內(nèi)存儲器，又可以訪問其他節(jié)點的內(nèi)一致內(nèi)存訪問（NUMA）：某一節(jié)點訪問其他節(jié)點內(nèi)存需要較大，而訪問節(jié)點內(nèi)部的存儲器延遲較小。
【學位授予單位】：河北工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P731;TP338.6

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王關(guān)鎖;喬方利;楊永增;;基于MPI的LAGFD-WAM海浪數(shù)值模式并行算法研究[J];海洋科學進展;2007年04期

2 李冬;劉t

本文編號：2525932