【摘要】： 甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量技術(shù)(VLBI)具備高精度測(cè)角能力，已被應(yīng)用于對(duì)人造衛(wèi)星及深空航天器的跟蹤觀測(cè)及定位。VLBI相關(guān)處理機(jī)是VLBI技術(shù)中數(shù)據(jù)預(yù)處理的核心設(shè)備，它分為硬件相關(guān)處理機(jī)和基于通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)的軟件相關(guān)處理機(jī)。近年來(lái)，基于高性能PC或服務(wù)器平臺(tái)的軟件相關(guān)處理機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為VLBI技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。軟件相關(guān)處理技術(shù)已經(jīng)在深空探測(cè)領(lǐng)域獲得了極大的成功，并且開(kāi)始在天體物理和空間大地測(cè)量方面得到應(yīng)用。 目前，觀測(cè)站數(shù)目的增多與觀測(cè)帶寬的增大，帶來(lái)了數(shù)據(jù)速率的提高。軟件相關(guān)處理技術(shù)如何向?qū)崟r(shí)、高速、大規(guī)模并行處理是VLBI領(lǐng)域中一個(gè)重要的具有前沿性的研究方向。 在高性能計(jì)算領(lǐng)域，集群已作為主流體系結(jié)構(gòu)而被廣泛采用。它具備突出的特點(diǎn)，如能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算，海量數(shù)據(jù)的并行處理等。通過(guò)構(gòu)建高性能集群來(lái)解決復(fù)雜的科研及工程問(wèn)題，已成為當(dāng)今一個(gè)主流的解決方案。 本文前三章闡述了VLBI技術(shù)背景、國(guó)內(nèi)外軟件相關(guān)處理系統(tǒng)現(xiàn)狀，集群計(jì)算原理，以及集群系統(tǒng)在軟件相關(guān)處理系統(tǒng)中的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀。 本文重點(diǎn)研究在小規(guī)模集群環(huán)境下VLBI軟件相關(guān)處理方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。首先分析目前軟件處理機(jī)的基本原理、特點(diǎn)。其次利用現(xiàn)有資源，組建多節(jié)點(diǎn)集群計(jì)算系統(tǒng)，提出MPI和Pthread相結(jié)合的兩級(jí)并行模式的相關(guān)處理算法，并在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)并行相關(guān)處理軟件。最后對(duì)并行相關(guān)處理軟件在集群中的處理性能進(jìn)行分析，并提出進(jìn)一步的優(yōu)化方法。 基于本文研究?jī)?nèi)容，研究并開(kāi)發(fā)了3節(jié)點(diǎn)、每節(jié)點(diǎn)8個(gè)CPU的集群計(jì)算系統(tǒng)，以及具備4臺(tái)站、6條基線、并行相關(guān)處理能力的VLBI軟件相關(guān)處理軟件。此軟件在并行處理4臺(tái)站、每臺(tái)站128Mbps速率的數(shù)據(jù)中，能夠達(dá)到118Mbps／臺(tái)站的相關(guān)處理速率。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海天文臺(tái)）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：P164
【圖文】：

高性能計(jì)算問(wèn)題。作為HPC中的硬件部分一高性能計(jì)算機(jī)主要經(jīng)歷了從單機(jī)高性能到分布式可擴(kuò)展系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展。圖3一1展示了這樣的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)119]。器器器器器器器器器 器器入 入 可擴(kuò)擴(kuò)并并行向量處理機(jī)機(jī)機(jī)機(jī)機(jī)CC一N咖 A{{{展并并SSSIMD寶1·算機(jī) 機(jī).目 目Cow鄉(xiāng) 鄉(xiāng)~行計(jì) 計(jì) DDDDDDDDDDDSMMM算機(jī)機(jī)系系系系系系系系系 系 系 系統(tǒng)統(tǒng)圖3一1高性能計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)在較早的并行向量處理機(jī)中，CPU被優(yōu)化以便更好地處理向量數(shù)組的運(yùn)算。向量處理器系統(tǒng)的性能相對(duì)較高，在20世紀(jì)80年代到90年代早期一度在HPC體系架構(gòu)中占有統(tǒng)治地位。但由于造價(jià)昂貴與應(yīng)用領(lǐng)域較窄，目前已很少使用。 sIMn(singleInstruetionmultiplenata)計(jì)算機(jī)指單指令多數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)。它按照同一條指令，在并行機(jī)的各個(gè)不同的功能部件同時(shí)對(duì)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的處理。它采用專(zhuān)用計(jì)算系統(tǒng)，目前己經(jīng)退出歷史舞臺(tái)。對(duì)稱(chēng)多處理器(s卿 etrieMultipleproeessors，sMp)是HpC常用的體系架構(gòu)之一，其中的多個(gè)處理器共享系統(tǒng)中的內(nèi)存。SMP特點(diǎn)是內(nèi)存共享比較方便

蘭型竺墜川一三州ing‘具:一“‘“’一’圖3一 4Amdahl定律示意圖對(duì)于固定的計(jì)算負(fù)載，通過(guò)并行途徑來(lái)提高性能，在實(shí)際的應(yīng)用中，常數(shù)1/f是不可能達(dá)到的。因?yàn)椴扇〔⑿惺侄�，必然�?huì)帶來(lái)額外的并行開(kāi)銷(xiāo)，如網(wǎng)絡(luò)通訊、競(jìng)爭(zhēng)資源等。所以在實(shí)際的應(yīng)用中，加速比還要考慮不同并行帶來(lái)的不同并行開(kāi)銷(xiāo)。因此，通過(guò)公式3一3與結(jié)合實(shí)際中的應(yīng)用，可以看出，并行程序中的串行分量比例和并行額外開(kāi)銷(xiāo)越小，則實(shí)際的加速比越大。這實(shí)際上就是研究并行算法中的一條基本原則，即在并行化的過(guò)程中，要盡量減少應(yīng)用中必須串行的部分

第4章集群環(huán)境下軟件相關(guān)處理機(jī)并行算法研究圖4一6為單線程和多線程執(zhí)行效率對(duì)比的一個(gè)簡(jiǎn)單的示意圖。設(shè)程序運(yùn)行在4CPU服務(wù)器平臺(tái)上，A、B、C、D為4個(gè)相對(duì)獨(dú)立的程序段。圖4一6(a)單線程結(jié)構(gòu)中，各程序段依次執(zhí)行，程序總的運(yùn)行時(shí)間為A，B，C，D運(yùn)行時(shí)間的總和。而圖4一6(b)結(jié)構(gòu)采用多線程并行執(zhí)行程序，每個(gè)程序段將分配給不同的線程(調(diào)用不同的CPU)運(yùn)行，即線程1執(zhí)行程序段A

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號(hào)：2755382