本文關(guān)鍵詞：一種平臺(tái)無關(guān)的并行編程模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 并行計(jì)算 并行編程模型 平臺(tái)無關(guān)性 遙感圖像處理

【摘要】：并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展,帶來了并行計(jì)算機(jī)性能的快速提升和并行計(jì)算平臺(tái)的多樣化,同時(shí)也對(duì)研究和應(yīng)用人員提出挑戰(zhàn)：(1)如何降低并行編程難度,使不具有并行計(jì)算知識(shí)背景的用戶能夠快速有效的開發(fā)并行程序,充分發(fā)揮并行計(jì)算機(jī)在不同應(yīng)用領(lǐng)域的計(jì)算能力；(2)如何使現(xiàn)有的大量串行程序以一種穩(wěn)健可靠的、非顛覆式的方式并行化；(3)如何使并行編程不依賴于硬件平臺(tái),當(dāng)?shù)讓佑?jì)算平臺(tái)發(fā)生變化時(shí)仍可以有效運(yùn)行。目前,設(shè)計(jì)合理有效的并行編程模型是解決多種并行程序開發(fā)難題的主要手段。 本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于并行函數(shù)庫的并行編程模型。編程模型的設(shè)計(jì)思路和方法為：(1)為簡化并行編程,支持串行軟件的非顛覆式并行化,以并行函數(shù)庫的方式隱藏底層并行化細(xì)節(jié),并提供與傳統(tǒng)串行編程相似的編程接口。用戶依照傳統(tǒng)串行軟件的開發(fā)邏輯,通過API調(diào)用即可開發(fā)并行程序。(2)為實(shí)現(xiàn)并行編程的平臺(tái)無關(guān)性,將平臺(tái)相關(guān)的并行函數(shù)庫向上封裝為統(tǒng)一的API接口,用戶通過調(diào)用平臺(tái)無關(guān)接口開發(fā)并行程序,程序可無修改地運(yùn)行于多種計(jì)算平臺(tái)。(3)為提高程序性能,提供任務(wù)調(diào)度和數(shù)據(jù)分配功能,使系統(tǒng)在處理較為復(fù)雜的多任務(wù)計(jì)算問題時(shí),仍能達(dá)到較好的負(fù)載均衡和較低的并行開銷。(4)在系統(tǒng)可擴(kuò)展性方面,具備功能可擴(kuò)展性和計(jì)算平臺(tái)可擴(kuò)展性。功能可擴(kuò)展是指可擴(kuò)展應(yīng)用函數(shù)庫和運(yùn)行時(shí)函數(shù)庫,可針對(duì)具體應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)專業(yè)型編程模型；計(jì)算平臺(tái)可擴(kuò)展是指可以支持新的底層計(jì)算平臺(tái)。本文利用矩陣乘法算法和頻率統(tǒng)計(jì)算法設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn),分別驗(yàn)證編程模型的平臺(tái)無關(guān)性,多任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)的有效性,并測(cè)試了編程模型對(duì)程序性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明該編程模型能夠有效簡化并行程序開發(fā),基于該編程模型的程序可在多種計(jì)算平臺(tái)上有效地編譯運(yùn)行；系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度功能能夠提高多任務(wù)計(jì)算問題的總體性能；編程框架可能會(huì)造成一定的開銷,但不影響程序的總體性能。 本文在編程模型原型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展和設(shè)計(jì)了面向遙感圖像處理的并行編程模型。擴(kuò)展的并行編程模型保留了原型系統(tǒng)的易用性和平臺(tái)無關(guān)性,擴(kuò)展了適合遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),增加了地理空間數(shù)據(jù)格式支持庫,并且根據(jù)遙感圖像處理算法的特點(diǎn)對(duì)函數(shù)庫做分層設(shè)計(jì),最大限度地減少代碼冗余。通過在擴(kuò)展的并行編程模型上進(jìn)行遙感圖像非監(jiān)督分類的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該編程模型的有效性。
【關(guān)鍵詞】：并行計(jì)算 并行編程模型 平臺(tái)無關(guān)性 遙感圖像處理
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP338.6;TP311.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-12
• 表格12-13
• 插圖13-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 研究背景14-16
• 1.1.1 并行計(jì)算的發(fā)展14-16
• 1.1.2 并行程序設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)16
• 1.2 并行編程模型的概念和研究現(xiàn)狀16-22
• 1.2.1 并行編程模型的概念16-18
• 1.2.2 主流并行編程模型介紹18-21
• 1.2.3 并行編程模型的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.3 本文研究內(nèi)容22-24
• 1.3.1 平臺(tái)無關(guān)的并行編程模型設(shè)計(jì)22-24
• 1.3.2 并行編程模型在遙感圖像處理中的應(yīng)用24
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)24-26
• 第二章 相關(guān)并行編程模型介紹26-40
• 2.1 OpenMP并行編程模型26-31
• 2.1.1 共享變量并行模型26
• 2.1.2 OpenMP編程模型26-28
• 2.1.3 OpenMP程序結(jié)構(gòu)28-31
• 2.2 MPI并行編程模型31-33
• 2.2.1 消息傳遞模型31
• 2.2.2 MPI概述31-32
• 2.2.3 MPI程序結(jié)構(gòu)32-33
• 2.3 CUDA并行編程模型33-38
• 2.3.1 CUDA編程模型33-36
• 2.3.2 CUDA硬件架構(gòu)36
• 2.3.3 CUDA程序結(jié)構(gòu)36-38
• 2.4 本章小結(jié)38-40
• 第三章 跨平臺(tái)并行編程模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)40-60
• 3.1 背景分析40-42
• 3.1.1 傳統(tǒng)并行編程模型的局限性40-41
• 3.1.2 基于并行函數(shù)庫的編程模型41-42
• 3.2 設(shè)計(jì)原則42-43
• 3.3 并行編程模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)43-47
• 3.3.1 編程模型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)43-46
• 3.3.2 編程模型的運(yùn)行時(shí)庫46
• 3.3.3 編程模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)46-47
• 3.3.4 混合編程支持47
• 3.4 運(yùn)行時(shí)調(diào)度系統(tǒng)47-53
• 3.4.1 任務(wù)調(diào)度48-51
• 3.4.2 數(shù)據(jù)調(diào)度51-52
• 3.4.3 小結(jié)52-53
• 3.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證53-58
• 3.5.1 平臺(tái)無關(guān)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證53-54
• 3.5.2 任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證54-56
• 3.5.3 系統(tǒng)性能測(cè)試56-58
• 3.6 本章小結(jié)58-60
• 第四章 并行編程模型在遙感圖像處理中的應(yīng)用60-72
• 4.1 研究背景60-63
• 4.1.1 遙感圖像處理的并行化趨勢(shì)60-62
• 4.1.2 遙感圖像處理并行編程的研究現(xiàn)狀62-63
• 4.2 并行編程模型的擴(kuò)展設(shè)計(jì)63-66
• 4.2.1 編程模型的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與擴(kuò)展思路63-64
• 4.2.2 并行函數(shù)庫的擴(kuò)展設(shè)計(jì)64-65
• 4.2.3 其他擴(kuò)展65-66
• 4.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證66-69
• 4.4 本章小結(jié)69-72
• 第五章 總結(jié)與展望72-76
• 5.1 工作總結(jié)72-73
• 5.2 存在問題與展望73-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80-82
• 在讀期間參加的科研項(xiàng)目82-84
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果84

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：671810