更快速的处理海量数据,是数据中心计算领域永恒的追求。随着数据量的爆炸式的增长,以及应用领域对于数据处理时效性的要求越来越高,数据处理的压力越来越大。人们不得不着手对现有的大规模数据处理的软硬件架构进行改进。MapReduce作为一种分布式并行计算模型,在企业大数据计算领域得到了广泛的应用。近年来,研究人员着手从各种角度挖掘MapReduce模型的性能潜力,其中,硬件加速的MapReduce是一种新颖的思路。在本文中,我们将介绍一种基于图形处理器(GPU)加速的MapReduce实现平台。GPU是一种高度并行的众核(many-core)处理器,它可以同时发射上千线程,显著提高计算速度。目前在高性能计算等领域,以GPU为代表的异构协处理器已经得到了广泛认可。以此为基础,我们尝试将GPU的强大计算能力与MapReduce模型在数据密集型应用方面的优势相结合,以实现一种基于GPU加速的高性能MapReduce集群。以此为中心,本文所属的课题展开了相应的研究,具体的工作和成果如下：1.设计并实现了一种基于GPU加速的MapReduce实现框架一—GAMR集群系统；2.提出了一种基于GPU的并行排序算法,并应用于GAMR集群系统中,从而将作业运行阶段的排序速度提高了3到8倍；3.详细分析了MapReduce作业的数据流,得到了一种形式化的MapReduce性能量化模型,从而使MapReduce作业的性能评估可以通过公式计算得出；4.提出了一种基于共轭梯度优化算法的自动化MapReduce集群性能优化方法,减少了集群运维人员的工作量；我们工作的核心思想是,将MapReduce模型的并行性从节点间粗粒度的多机(Multi-computer)并行,进一步延伸到节点内细粒度的众核(Many-core)并行,通过异构协处理器来提高MapReudce运行环境的性能。实验测试表明,与其他MapReduce实现环境相比,运行在GAMR集群上的MapReduce作业获得了5倍左右的加速。