本文關(guān)鍵詞：基于MPI和OpenMP的2.5維CSAMT正反演混和并行算法的研究

  更多相關(guān)文章： MPI OpenMP 混合并行算法 CSAMT 動態(tài)任務(wù)規(guī)劃 2.5維正反演

【摘要】：隨著大地電磁勘探法的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)計(jì)算方法對于計(jì)算機(jī)性能的要求越來越高。純二維的正反演計(jì)算不能很好地模擬實(shí)際地形，純?nèi)S的正反演計(jì)算計(jì)算量過大很難投入實(shí)際生產(chǎn)，因此2.5維正反演受到了越來越廣泛的關(guān)注。另一方面，并行計(jì)算的技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步，應(yīng)用在很多大計(jì)算量領(lǐng)域，因此，本文將并行方法應(yīng)用在2.5維電磁場正反演計(jì)算上。 針對帶地形的復(fù)電阻率2.5維可控源音頻大地電磁法(CSAMT)正反演串行計(jì)算過慢的問題，本文提出并實(shí)現(xiàn)了若干基于CPU多核多線程的OpenMP和基于分布式的MPI的混合并行正反演計(jì)算方法。為了提高并行計(jì)算的效率，實(shí)現(xiàn)多個計(jì)算單元的負(fù)載均衡，本文實(shí)現(xiàn)了一種基于預(yù)判的動態(tài)任務(wù)規(guī)劃方法。基本正演并行算法最高達(dá)到了7.8倍的加速比，使用動態(tài)任務(wù)規(guī)劃方法后，效率提升至17.19倍；反演并行算法最高達(dá)到了2.83倍的加速比。 正演計(jì)算中，對計(jì)算進(jìn)行了兩層并行分解，外層的頻率域循環(huán)進(jìn)行MPI并行分解，主進(jìn)程將任務(wù)分配給協(xié)同計(jì)算的多個進(jìn)程上，各進(jìn)程獨(dú)立計(jì)算后將結(jié)果返回到主進(jìn)程進(jìn)行合并處理和余下的計(jì)算，各進(jìn)程內(nèi)部再對內(nèi)層的波數(shù)域循環(huán)進(jìn)行OpenMP并行分解，多個CPU線程共同獨(dú)立計(jì)算不同的波數(shù)下的場值，通過對共享變量和私有變量的設(shè)置，來實(shí)現(xiàn)協(xié)同并行計(jì)算。 反演計(jì)算中，本文采用了OpenMP方法對反演計(jì)算中的反演循環(huán)的頻率域進(jìn)行了并行分解，采用多個線程同時(shí)計(jì)算不同頻率下的反演場值，再通過其數(shù)據(jù)共享方法將得出的場值處理從而得出反演的最終結(jié)果。 為了提高并行效率，充分發(fā)揮多進(jìn)程和多線程的并行計(jì)算能力，本文在進(jìn)行任務(wù)分解時(shí)，采用了動態(tài)任務(wù)規(guī)劃的方法，按照PC集群各個節(jié)點(diǎn)的最大計(jì)算能力分配任務(wù)，使得各節(jié)點(diǎn)進(jìn)程和線程的計(jì)算時(shí)間大致相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)負(fù)載均衡，縮短了進(jìn)程和線程的空閑等待時(shí)間，提高了并行效率。 最后，，通過對不同集群下的多組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏y試，論證了本文提出并行算法的正確性與效率，并對本文算法的優(yōu)勢進(jìn)行了總結(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文算法不僅能夠達(dá)到與串行算法同樣的精度，而且獲得了接近總計(jì)算單元數(shù)目的線性加速比，在算法中使用動態(tài)任務(wù)規(guī)劃方法分配任務(wù)，則能獲得更短的計(jì)算時(shí)間和更高的并行效率。
【關(guān)鍵詞】：MPI OpenMP 混合并行算法 CSAMT 動態(tài)任務(wù)規(guī)劃 2.5維正反演
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP338.6
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 2.5 維 CSAMT 正反演的并行算法研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文結(jié)構(gòu)14-15
• 1.4 本文主要工作15-16
• 第2章 基于 MPI 和 OpenMP 的并行計(jì)算16-30
• 2.1 MPI 并行方法17-24
• 2.1.1 MPI 簡介17-18
• 2.1.2 MPI 并行程序設(shè)計(jì)18-24
• 2.1.2.1 MPI 并行程序結(jié)構(gòu)18-19
• 2.1.2.2 MPI 基本函數(shù)19-22
• 2.1.2.3 MPI 通信22-24
• 2.3 OpenMP 并行方法24-28
• 2.3.1 OpenMP 的原理與特征25-26
• 2.3.2 OpenMP 并行程序設(shè)計(jì)26-28
• 2.4 MPI+OpenMP 混合并行算法28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第3章 2.5 維 CSAMT 正反演并行算法30-43
• 3.1 2.5 維 CSAMT 正演并行算法30-38
• 3.1.1 正演串行算法分析31-32
• 3.1.2 2.5 維 CSAMT 正演并行算法基本思想32-35
• 3.1.3 動態(tài)任務(wù)規(guī)劃35-38
• 3.1.3.1 基于 MPI 的動態(tài)任務(wù)規(guī)劃35-37
• 3.1.3.2 OpenMP 的動態(tài)任務(wù)規(guī)劃37-38
• 3.2 2.5 維 CSAMT 反演并行算法38-42
• 3.2.1 反演串行算法分析39
• 3.2.2 2.5 維反演并行算法基本思想39-42
• 3.2.3 正反演并行計(jì)算的比較42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 第4章 實(shí)驗(yàn)與評測43-55
• 4.1 正演并行算法實(shí)驗(yàn)評測43-51
• 4.1.1 正演并行算法的準(zhǔn)確性驗(yàn)證44-46
• 4.1.2 正演并行算法的效率實(shí)驗(yàn)46-51
• 4.1.2.1 MPI 正演并行算法實(shí)驗(yàn)47-48
• 4.1.2.2 OpenMP 正演并行算法實(shí)驗(yàn)48-49
• 4.1.2.3 MPI+OpenMP 正演混合并行算法實(shí)驗(yàn)49-51
• 4.2 反演并行算法實(shí)驗(yàn)評測51-54
• 4.2.1 反演并行算法的準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)52-53
• 4.2.2 反演并行算法的效率實(shí)驗(yàn)53-54
• 4.3 本章小結(jié)54-55
• 第5章 總結(jié)與展望55-56
• 5.1 總結(jié)55
• 5.2 展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的的科研成果60-61
• 致謝61

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 譚捍東;佟拓;林昌洪;;大地電磁三維正演并行算法研究[J];Applied Geophysics;2006年04期

2 林昌洪;譚捍東;佟拓;;大地電磁三維快速松弛反演并行算法研究(英文)[J];Applied Geophysics;2009年01期

3 底青云,Martyn Unsworth,王妙月;有限元法2.5維CSAMT數(shù)值模擬[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2004年02期

4 底青云,Martyn Unsworth,王妙月;復(fù)雜介質(zhì)有限元法2.5維可控源音頻大地電磁法數(shù)值模擬[J];地球物理學(xué)報(bào);2004年04期

5 李建江;舒繼武;陳永健;王鼎興;鄭緯民;;一種基于動態(tài)并行區(qū)的OpenMP程序開發(fā)模式[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2006年03期

6 白洪濤;李昂;歐陽丹彤;邢書豪;劉雪飛;;基于多核的粗粒度2.5維電磁場正演并行算法[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2014年03期

7 底青云;Martyn Unsworth;王妙月;;2.5維有限元法CSAMT數(shù)值反演[J];石油地球物理勘探;2006年01期

8 劉羽;王家映;孟永良;;基于PC機(jī)群的大地電磁Occam反演并行計(jì)算研究[J];石油物探;2006年03期

9 陳金窗,戴光明;微機(jī)網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算及2.5維CSAMT正演的并行實(shí)現(xiàn)[J];物探化探計(jì)算技術(shù);1997年02期

10 顧觀文;梁萌;吳文鸝;;基于并行處理的CSAMT擬二維反演解釋[J];物探與化探;2010年03期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張帆;基于MPI和GPU直流電法和大地電磁法三維正演的并行算法研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2011年

2 余傳濤;含激電效應(yīng)的CSAMT二維正演與聯(lián)合反演應(yīng)用研究[D];太原理工大學(xué);2012年

本文編號：986203