多层次并行算法与MPI-2新特性的研究及应用

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 13次 | 上传用户:hongshu16
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着计算机技术的不断发展,从数据处理到智能处理,计算机的应用范围越来越广,处理问题的规模也越来越大。为了满足大量实际应用问题的需求,一个重要的解决途径就是采用并行计算技术。在高速发展的计算机技术推动下,并行计算机的研制和使用达到了前所未有的高度,并行计算机的体系结构已经从单核、单处理器、单节点,发展到了多核、多处理器、多节点,节点间的通信能力达到了前所未有的高性能和低延迟,其性能也随之得到了显著的提高。因此面对现在的多核甚至是众核处理器时代,将共享存储编程模型及分布式存储编程模型相结合组成的多层次并行编程模型,已经是一个主导方向。本文以高性能计算的应用为目标,通过研究国内外近十几年来探讨的多层次并行编程模型,实践该编程模型下比较经典的MPI与OpenMP多层次并行编程模型。MPI是消息传递编程模型的典型代表,而OpenMP是共享存储事实上的工业标准,将两者结合使用正是为了充分发挥现今的多核并行机群系统的优势。本文以地震层析反演、参数反演等领域常用的LSQR串行算法为应用基础,对它进行深入分析,从而挖掘出LSQR算法内在的并行性,通过对大型稀疏矩阵使用按行压缩的存储方法,依次实现大型稀疏矩阵与向量乘积的并行计算、大型稀疏矩阵的转置与向量乘积的并行计算等,解决LSQR串行算法中计算密集之处的核心计算的并行化问题,最终在分布式机群系统上设计与实现了一套基于MPI的LSQR的并行算法。在此基础上,应用MPI+OpenMP的多层次并行编程模型,分析LSQR串行算法中可细粒度并行计算的代码,设计与实现了一套基于MPI + OpenMP的LSQR多层次并行算法,同时对基于MPI的LSQR并行算法和基于MPI+OpenMP的LSQR多层次并行算法进行性能分析,验证多层次并行编程的并行计算性能。此外,本文还探讨了MPI-2新特性中的并行I/O及远程存储访问,将并行I/O中的显式偏移量文件读写方式应用于LSQR并行算法中,通过多进程同时读取同一文件来整体提高LSQR并行算法的性能。对于MPI-2的远程存储访问新特性,通过??用程序分析栅栏同步方式下的所有RMA操作的数据传输方式,并设计测试数据验证远程操作的正确性。实验和分析表明,本文基于MPI+OpenMP的LSQR多层次并行算法和基于MPI的LSQR并行算法在测试平台上都获得了较好的性能,在同等计算要求条件下,MPI+OpenMP多层次并行编程模型性能高于纯MPI编程模型的性能。此外,结合MPI-2的并行I/O新特性也大大缩减了算法的执行时间,进一步提高了算法的并行效率。
其他文献
随着科技的高速发展和大数据时代的到来,数据的存储需求和对响应时间的要求都在不断提高,仅仅从软件层面上解决存储问题比较困难,需要有新技术来摆脱磁盘的机械特性限制。近年来
对网络敏感图像进行过滤的基础是对敏感图像进行识别,很多对敏感图像的过滤方法是基于依附于图像的文本信息或者URL地址,这些过滤技术缺乏对敏感图像识别的动态性和实时性,因
随着计算机科学技术的不断发展,现代的软件功能日益强大,软件的复杂性也不断提高,对软件进行高效、可信的测试显得尤为重要。作为适应现代软件特点的新的测试方法,组合测试的概念
中国是目前世界上最大的烟草生产和消费国家,卷烟总产量占世界卷烟总产量的30%,同时烟草消费也占世界的1/3,烟草行业的利税占中国财政收入的1/10左右。随着市场一体化的不断
基于内容的视频检索(CBVR)是当前图像工程热点课题之一,它指根据视频的内容及上下文关系,对大规模视频数据库中的视频数据进行检索。可是人们习惯使用高层语义概念判断相似性
随着中国3G牌照的下发,智能手机在中国越来越多。而近来大陆对WIFI的解禁,使在手机与互联网的关系越来越密切,手机与互联网有关的应用也越来越多。人们不满足于现有手机的使
随着通信技术的发展以及3G网络和移动互联网的大规模建设,目前有多种异构的无线通信网络在市场中共存,网络融合、终端融合及业务融合的需求变得更加迫切。实际应用中也需要一
本篇论文综合讲述了仿真内窥镜技术的起源、思想、优劣、发展,并且对仿真内窥镜技术中所涉及的各种关键技术进行了深入具体的研究。传统的Marching Cubes算法是面绘制中一种应用最为广泛的算法,但是这种算法会产生二义性,并且计算效率也并不是很理想。本文应用渐近线判别法和移动四面体算法这两种方法解决了传统算法中的二义性问题,还提出了一种更为优化的改进MC算法。通过改进的算法,可以有效的节省传统算法在
随着人类逐渐从工业社会步入信息社会,信息化智能化的产品逐渐走进人们生活的方方面面。人口老龄化、人力成本的提高,使得社会对服务机器人的需求越来越迫切。行人检测与跟踪
在如今数据爆炸的时代,如何对数据进行有效的分类筛选,从而准确获取符合用户需求的有价值的信息成为人们面临的主要问题。在所有的数据类型中,图像是其中最常见的一种,且有着