發(fā)布時(shí)間：2020-05-30 17:58

【摘要】：作為解決大規(guī)模計(jì)算問(wèn)題的重要手段,高性能計(jì)算被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到科學(xué)與工程的各個(gè)領(lǐng)域,人們對(duì)其效率的要求也越來(lái)越高。面對(duì)龐大、復(fù)雜且對(duì)時(shí)效性要求極高的計(jì)算任務(wù),如何優(yōu)化并行程序設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)性能是高性能計(jì)算領(lǐng)域有待突破的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。要解決此類問(wèn)題,首先需要解決的就是高性能計(jì)算中的性能評(píng)價(jià)。 并行程序的設(shè)計(jì)與優(yōu)化是個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。在并行程序的開發(fā)過(guò)程中,時(shí)間需求和存儲(chǔ)需求是其中必須要考慮的重要問(wèn)題;進(jìn)一步合理解決計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)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(jì)算并行化研究及實(shí)現(xiàn)”項(xiàng)目,緊緊圍繞并行計(jì)算時(shí)間與存儲(chǔ)空間關(guān)系這一主題,對(duì)時(shí)間與空間評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)間與空間之間的關(guān)系、并行程序時(shí)間開銷及其處理器規(guī)模的計(jì)算方法進(jìn)行了深入研究。本文的主要工作包括: 1、提出時(shí)間加速模型與空間加速模型 針對(duì)并行程序特點(diǎn),調(diào)整了加速比性能定律,并稱為時(shí)間加速模型。該模型論證了并行計(jì)算中時(shí)間加速的存在性,在時(shí)間加速比中加入了空間因素。同時(shí),分析了時(shí)間效率和計(jì)算時(shí)間在并行程序優(yōu)化后的變化規(guī)律。 分析了并行計(jì)算中存儲(chǔ)空間的變化特點(diǎn),提出了空間加速模型,確定了存儲(chǔ)空間在并行計(jì)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(jì)策略。一種用于統(tǒng)計(jì)并行程序運(yùn)行時(shí)對(duì)總存儲(chǔ)空間需求量的峰值,一種用于統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)對(duì)存儲(chǔ)空間需求量的峰值。 2、提出時(shí)間與空間關(guān)系模型及其預(yù)測(cè)方法 分析了時(shí)間與空間之間的四種關(guān)系,并給出相應(yīng)的時(shí)間效率和空間效率關(guān)系圖。通過(guò)時(shí)空效率關(guān)系圖,尋找即能充分發(fā)揮系統(tǒng)計(jì)算能力又能縮短計(jì)算時(shí)間的平衡點(diǎn)。 提出用空間表示時(shí)間的計(jì)算模型。該模型采用了相對(duì)簡(jiǎn)單的方法,能夠付出較小的代價(jià)計(jì)算出具體處理器規(guī)模下關(guān)鍵存儲(chǔ)空間的處理時(shí)間,用于研究關(guān)鍵存儲(chǔ)空間對(duì)并行程序整體性能的影響,為預(yù)測(cè)時(shí)空關(guān)系提供了可能性。 3、提出并行程序時(shí)間開銷模型及其處理器規(guī)模計(jì)算方法 針對(duì)分布存儲(chǔ)、共享存儲(chǔ)、分布式共享存儲(chǔ)并行處理機(jī)的體系結(jié)構(gòu),研究了MPI、OpenMP和MPI+OpenMP并行程序的時(shí)間開銷模型。尤其是對(duì)MPI+OpenMP程序時(shí)間開銷的研究,揭示了混合編程模型的時(shí)間開銷來(lái)源和各時(shí)間開銷之間的關(guān)系。 分析了OpenMP程序特點(diǎn),指出使用OpenMP進(jìn)行編程時(shí),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(jì)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(jì)算方法。為在分布存儲(chǔ)、共享存儲(chǔ)、分布式共享存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)下研究時(shí)空問(wèn)題,分析了三者的主要差異。
【圖文】：

然后通過(guò)點(diǎn)匹配法、線匹配法或伽略金程，最后通過(guò)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(duì)計(jì)算系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間和計(jì)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(jìn)行計(jì)算。其中的子域則通過(guò)組間的聚合-轉(zhuǎn)換-解聚方法計(jì)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(yùn)算[11速多極子算法的內(nèi)存使用量以及計(jì)算量依然

計(jì)算量和存儲(chǔ)器的限制，依然無(wú)法在單機(jī)環(huán)境下求解。高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展以及并行編程技術(shù)的逐漸成熟推動(dòng)了 MLFMA 化研究，使得電大尺寸飛行器目標(biāo)的 RCS 精確計(jì)算問(wèn)題的求解成為算法并行化的研究無(wú)論對(duì)實(shí)際的應(yīng)用，還是對(duì)理論研究都很有價(jià)值。(二) RCS 并行計(jì)算軟件系統(tǒng)架構(gòu)本文作者所在的課題組進(jìn)行了 RCS 精確計(jì)算的并行化研究，并通過(guò) ssage Passing Interface）實(shí)現(xiàn)了 MLFMA 算法的并行化，同時(shí)建立了 M程序性能的理論分析模型。對(duì)其并行效率的優(yōu)化主要體現(xiàn)在三個(gè)方面和通信，即通過(guò)確保計(jì)算數(shù)據(jù)劃分的合理性、計(jì)算速度的同步性、對(duì)合理使用、以及減少通信量和通信次數(shù)，來(lái)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP338.6

【引證文獻(xiàn)】

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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(hào)：2688506