本文選題：組件式軟件系統(tǒng) + MPI��； 參考：《浙江大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著并行計算在科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的深入,人們不斷研究簡單高效的并行計算軟件框架。傳統(tǒng)的并行計算程序因為模塊之間相互耦合,導(dǎo)致程序不易維護和復(fù)用。組件式的軟件框架具有高度的可維護性和可復(fù)用性而成為近年來的研究熱點。本文設(shè)計了一個軟件層次分明、可移植、可擴展的針對流數(shù)據(jù)計算場景的面向組件的并行軟件框架,重點研究支撐軟件框架的通信中間件的相關(guān)技術(shù)。本文首先研究了主流的并行計算模型,從原理、編程模型等角度分析了 MPI、OpenMP和POSIX threads三種并行軟件中間件。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了軟件框架的分層模型。軟件框架總體分為組件層、通信隔離層和通信層,其中通信隔離層又分為發(fā)布訂閱接口層、發(fā)布訂閱實現(xiàn)層和流數(shù)據(jù)處理層。本文還研究了組件間的發(fā)布訂閱通信模型,完成發(fā)布訂閱接口層和發(fā)布訂閱實現(xiàn)層的方案設(shè)計,實現(xiàn)了兩種基于MPI的發(fā)布訂閱方案,環(huán)形Loop方案和組播方案。本文深入分析了流水線并行的原理并依此設(shè)計實現(xiàn)了流數(shù)據(jù)處理層。最后,本文選用一個典型的信號處理算法來測試軟件框架。測試結(jié)果顯示框架設(shè)計達到了預(yù)期目標(biāo)。軟件系統(tǒng)無論在雙核處理器平臺還是在多核服務(wù)器平臺運行,都能充分發(fā)揮硬件的并行計算能力,CPU利用率在90%以上。系統(tǒng)實現(xiàn)了高吞吐率和低時延的要求。且隨著平臺計算能力的提高,系統(tǒng)指標(biāo)有大幅度提升。系統(tǒng)的可移植性、可重構(gòu)性和數(shù)據(jù)的正確性也得到了驗證。
[Abstract]:With the application of parallel computing in the fields of science and engineering, people have been studying the simple and efficient parallel computing software framework. Traditional parallel computing programs are difficult to maintain and reuse because of the mutual coupling of modules. Component-based software framework with high maintainability and reusability has become a research hotspot in recent years. In this paper, a component-oriented parallel software framework for stream data computing scenarios is designed, which is hierarchical, portable and extensible, with emphasis on the related technologies of communication middleware supporting the software framework. This paper first studies the mainstream parallel computing model and analyzes three kinds of parallel software middleware: MPI OpenMP and POSIX threads from the point of view of principle and programming model. On this basis, the layered model of the software framework is designed. The software framework is divided into component layer, communication isolation layer and communication layer. The communication isolation layer is divided into publish / subscribe interface layer, publish / subscribe implementation layer and stream data processing layer. This paper also studies the model of publish / subscribe communication between components, completes the design of publish / subscribe interface layer and publish / subscribe implementation layer, and implements two kinds of publish / subscribe schemes based on MPI, ring Loop scheme and multicast scheme. In this paper, the principle of pipeline parallelism is analyzed and the stream data processing layer is designed and implemented. Finally, a typical signal processing algorithm is used to test the software framework. Test results show that the framework design has achieved the desired goal. The software system can make full use of the parallel computing power of the hardware and the CPU utilization rate is over 90%, both on the dual-core processor platform and on the multi-core server platform. The system achieves the requirements of high throughput and low delay. And with the improvement of platform computing ability, the system index has been greatly improved. The portability, reconfiguration and data correctness of the system are also verified.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP311.52

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