【摘要】：作為解決大規(guī)模計算問題的重要手段,高性能計算被越來越廣泛的應(yīng)用到科學(xué)與工程的各個領(lǐng)域,人們對其效率的要求也越來越高。面對龐大、復(fù)雜且對時效性要求極高的計算任務(wù),如何優(yōu)化并行程序設(shè)計,提高系統(tǒng)性能是高性能計算領(lǐng)域有待突破的重點和難點問題。要解決此類問題,首先需要解決的就是高性能計算中的性能評價。 并行程序的設(shè)計與優(yōu)化是個非常復(fù)雜的過程。在并行程序的開發(fā)過程中,時間需求和存儲需求是其中必須要考慮的重要問題;進一步合理解決計算時間和存儲空間的關(guān)系,也是并行程序性能優(yōu)化的有效途徑。本文結(jié)合“飛行器RCS(Radar Cross-Section)精確數(shù)值計算并行化研究及實現(xiàn)”項目,緊緊圍繞并行計算時間與存儲空間關(guān)系這一主題,對時間與空間評測標(biāo)準(zhǔn)、時間與空間之間的關(guān)系、并行程序時間開銷及其處理器規(guī)模的計算方法進行了深入研究。本文的主要工作包括: 1、提出時間加速模型與空間加速模型 針對并行程序特點,調(diào)整了加速比性能定律,并稱為時間加速模型。該模型論證了并行計算中時間加速的存在性,在時間加速比中加入了空間因素。同時,分析了時間效率和計算時間在并行程序優(yōu)化后的變化規(guī)律。 分析了并行計算中存儲空間的變化特點,提出了空間加速模型,確定了存儲空間在并行計算中的基本特征。為了獲取空間加速模型中所需的空間參數(shù),提出了兩種空間統(tǒng)計策略。一種用于統(tǒng)計并行程序運行時對總存儲空間需求量的峰值,一種用于統(tǒng)計節(jié)點內(nèi)對存儲空間需求量的峰值。 2、提出時間與空間關(guān)系模型及其預(yù)測方法 分析了時間與空間之間的四種關(guān)系,并給出相應(yīng)的時間效率和空間效率關(guān)系圖。通過時空效率關(guān)系圖,尋找即能充分發(fā)揮系統(tǒng)計算能力又能縮短計算時間的平衡點。 提出用空間表示時間的計算模型。該模型采用了相對簡單的方法,能夠付出較小的代價計算出具體處理器規(guī)模下關(guān)鍵存儲空間的處理時間,用于研究關(guān)鍵存儲空間對并行程序整體性能的影響,為預(yù)測時空關(guān)系提供了可能性。 3、提出并行程序時間開銷模型及其處理器規(guī)模計算方法 針對分布存儲、共享存儲、分布式共享存儲并行處理機的體系結(jié)構(gòu),研究了MPI、OpenMP和MPI+OpenMP并行程序的時間開銷模型。尤其是對MPI+OpenMP程序時間開銷的研究,揭示了混合編程模型的時間開銷來源和各時間開銷之間的關(guān)系。 分析了OpenMP程序特點,指出使用OpenMP進行編程時,需要重新考慮其處理器規(guī)模的確定方法。根據(jù)采用并行計算后程序規(guī)模的膨脹情況,提出OpenMP程序和MPI+OpenMP程序處理器規(guī)模的計算方法。為在分布存儲、共享存儲、分布式共享存儲體系結(jié)構(gòu)下研究時空問題,分析了三者的主要差異。
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然后通過點匹配法、線匹配法或伽略金程，最后通過求解這一矩陣方程獲得解。足之處在于它所產(chǎn)生的矩陣為滿陣，其空間復(fù)而對計算系統(tǒng)的存儲空間和計算速度要求比Multipole Method）是為了減少 MoM 每次迭代法[106-109]，如圖 1-1 所示。其基本原理是將離所在組的不同采用不同的方法進行計算。其中的子域則通過組間的聚合-轉(zhuǎn)換-解聚方法計算 CG（Conjugated Gradient Method）或雙共ients））求解 MoM 得到的方程組，，使 MoM 的因此加速了迭代法中矩陣矢量的乘積運算[11速多極子算法的內(nèi)存使用量以及計算量依然

計算量和存儲器的限制，依然無法在單機環(huán)境下求解。高性能計算機的發(fā)展以及并行編程技術(shù)的逐漸成熟推動了 MLFMA 化研究，使得電大尺寸飛行器目標(biāo)的 RCS 精確計算問題的求解成為算法并行化的研究無論對實際的應(yīng)用，還是對理論研究都很有價值。(二) RCS 并行計算軟件系統(tǒng)架構(gòu)本文作者所在的課題組進行了 RCS 精確計算的并行化研究，并通過 ssage Passing Interface）實現(xiàn)了 MLFMA 算法的并行化，同時建立了 M程序性能的理論分析模型。對其并行效率的優(yōu)化主要體現(xiàn)在三個方面和通信，即通過確保計算數(shù)據(jù)劃分的合理性、計算速度的同步性、對合理使用、以及減少通信量和通信次數(shù)，來提高軟件的并行效率。具包括分布層、冗余層、共享層和轉(zhuǎn)移層的建立及負(fù)載均衡。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TP338.6

【引證文獻】

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1 孫耀增;;面向數(shù)據(jù)通信優(yōu)化的并行程序執(zhí)行模型[J];黑龍江科技信息;2014年08期

本文編號：2688506