并行编程模型和技术的研究概况

并行编程模型是并行计算的基础,在面临多核新挑战的情况下,如何确定未来并行编程模型的主流,是一个重要的问题.通过对常用的并行编程模型和并行编程技术的概念、特点和应用环境进行介绍,为并行应用开发时有效选取并行编程模型和技术提供参考.     

基于机群的并行分子动力学裂纹模拟

在探讨并行分子动力学算法的基础上,介绍机群并行分子动力学计算环境的构建.详细说明了在机群并行计算环境下,并行分子动力学计算的编程过程和实现方法.最后以并行分子动力学程序Lammps为例,介绍其在自强3000机群并行计算环境下的安装和使用,并以二维LJ裂纹扩展模拟的实例进行验证,得到一些初步的结果.     

大型水利水电工程全系统瞬变流并行计算

为了解决采用单处理器计算机进行大型水利水电工程全系统瞬变流计算时速度慢和存储量小的问题,在对大型水利水电工程全系统瞬变流计算的并行性进行分析的基础上,建立了全系统瞬变流并行计算的模型。以某大型引水工程为例,根据负载平衡的原则划分并行计算任务,采用消息传递并行编程模式,通过调用M P I库函数实现并行计算部分间的消息传递。当使用两台计算机并行计算时,计算的加速比达到1.442,且并行和串行计算结果相同。     

基于MPI的投影法数控编程算法

提出了基于消息传递的刀位轨迹并行计算方法.该方法首先将串行计算任务合理的划分成若干并行子任务,然后动态的分配到各处理机上,能充分利用网络中空闲的计算资源,提高计算速度.分别应用于投影法和自适应投影法编程,试验结果表明该方法具有令人满意的并行加速比.     

基于消息传递的网络并行计算环境

在分布式计算机系统中,由于处理机间无共享内存,因此采用消息传递的方式实现处理机间的数据交换。文章介绍了消息传递接口标准和几种典型的并行计算环境,讨论了基于消息传递的网络并行编程环境的特点,并对其开发进行了初步探讨。     

基于哈希表的MapReduce算法优化

分布式并行计算是提高计算机性能常用的方法,但针对不同需求,并行程序的设计并没有统一的模型与方法,使得并行程序的编写完全依靠开发人员的经验。Google公司提出的分布式并行编程模型MapReduce能够完成特定类型的并行程序的开发与运行。使用哈希表对MapReduce分布式并行编程模型进行优化,减少中间结果中的碎片,并省略Combiner中间函数的调用,减少传输负载,提升运行效率,同时兼顾了Map函数与Reduce函数接口的属性,保持了MapReduce模型的并行性特点。     

基于消息传递的网络并行计算环境

在分布式计算机系统中,由于处理机间无共享内存,因此采用消息传递的方式实现处理机间的数据交换.文章介绍了消息传递接口标准和几种典型的并行计算环境,讨论了基于消息传递的网络并行编程环境的特点,并对其开发进行了初步探讨.     

基于消息传递的网络并行计算环境

在分布式计算机系统中，由于处理机问无共享内存，因此采用消息传递的方式实现处理机间的数据交换。文章介绍了消息传递接口标准和几种典型的并行计算环境，讨论了基于消息传递的网络并行编程环境的特点，并对其开发进行了初步探讨。     

二维FDTD算法的网络并行运算实现

提出了在由微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上应用基于消息传递(Message Passing)的方式实现二维FDTD并行算法.通过区域分割,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行场值的数据传递,从而实现FDTD并行计算.文中还仔细分析了与FDTD相关的外围边界的并行化处理.我们采用MPI并行编程工具来实现并行FDTD算法.文中以二维金属方柱算例验证了算法的正确性和有效性,为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一条有效途径.     

二维FDTD算法的网络并行运算实现

提出了在由微机互连构成的机群（COW）并行计算系统上应用基于消息传递（Message Passing）的方式实现二维FDTD并行算法。通过区域分割，各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行场值的数据传递，从而实现FDTD并行计算。文中还仔细分析了与FDTD相关的外围边界的并行化处理。我们采用MPI并行编程工具来实现并行FDTD算法。文中以二维金属方柱算例验证了算法的正确性和有效性，为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一务有效途径。     

MPI并行计算性能的研究

探索了一种基于Windows系统平台的、用于实现高性能计算的MPI并行环境.采用MPI最新版本MPICH2-1.0.6作为并行计算的支撑环境,通过编制的三个具有代表性的MPI并行计算程序,并在以100M bps交换式局域网作为互连的机群上和具有双核处理器的PC机上分别进行了并行效率的实际测试,得到了预期结果,并做了相应分析.     

MPI并行计算性能的研究

探索了一种基于Windows系统平台的、用于实现高性能计算的MPI并行环境.采用MPI最新版本MPICH2-1.0.6作为并行计算的支撑环境,通过编制的三个具有代表性的MPI并行计算程序,并在以100M bps交换式局域网作为互连的机群上和具有双核处理器的PC机上分别进行了并行效率的实际测试,得到了预期结果,并做了相应分析.     

异构环境下基于Native-ATM的实时多媒体通信系统

为了探讨当前分布式多媒体研究领域中的两个重要课题 ,即异构计算环境下的实时多媒体通信以及 ATM(异步传输模式 )网络上能提供服务质量保证的高性能宽带多媒体应用 ,设计并实现了异构计算环境下基于 Native-ATM(纯 ATM)方式的实时多媒体通信系统。该系统在SU N工作站上实现了一组 Socket风格的 Native- ATM API(应用编程接口 ) ,并在 PC与 SU N工作站之间实现了基于ATM AAL5协议的实时多媒体数据流的互通 ,为异构环境下宽带分布式多媒体应用的研究创造了良好的基础     

一个支持任务动态调度和进程迁移的PC机群并行计算系统

介绍一个基于任务排队的能够动态调度并行任务且具有进程迁移功能的PC机群并行计算环境.     

Fault-Tolerant Technique in the Cluster Computation of the Digital Watershed Model

This paper describes a parallel computing platform using the existing facilities for the digital watershed model. In this paper, distributed multi-layered structure is applied to the computer cluster system, and the MPI-2 is adopted as a mature parallel programming standard. An agent is introduced which makes it possible to be multi-level fault-tolerant in software development. The communication protocol based on checkpointing and rollback recovery mechanism can realize the transaction reprocessing. Compared with conventional platform, the new system is able to make better use of the computing resource. Experimental results show the speedup ratio of the platform is almost 4 times as that of the conventional one, which demonstrates the high efficiency and good performance of the new approach.     

基于Java-CORBA的机群远程调试器的设计与实现

基于CORBA规范的分布式对象计算与互操作技术,因其适应复杂的异构环境,能有效实现不同软硬件平台、网络环境的集成而日益成为业界研究的热点．本文所给出的机群远程调试器的设计与实现方案,正是利用了CORBA良好的分布对象计算技术以及Java语言的平台无关性,较好地解决了因机群系统环境差异给远程调试器的设计与实现带来的诸多问题．该设计和实现方案具有较好的可移植性与可扩展性．目前该机群调试器已完成并成为“曙光3000客户端集成环境与工具——DUET”中的重要组成部分运行于国产曙光3000并行机上,同时它的另一个实现版本也已成功地移植到了国产神威机群系统上．     

典型并行算法的实现性能分析

讨论和分析了几种典型的并行算法及其各种处理方法在基于Windows XP环境、消息传递接口MPI并行编程环境支持和C 语言描述的编程实现问题，给出了相应并行程序详尽的计算结果，对比分析了它们的计算性能，以及它们对计算精度产生的影响。分析结论以相应并行算法的实际编程实现和试验计算数据为基础，可信度高。设计实例表明，分析方法是有效的。     

基于集群式系统的GSAD算法

针对新出现的高性能价格比的集群式计算方式 ,提出了设计高效 SPMD(single program multiple data)算法的几个原则 ,并基于这些原则 ,给出了求解多极值点优化问题的 GSAD(genetic sim ulated annealing and downhill)算法的描述。该算法有机地结合了遗传算法、模拟退火以及下山的优点 ,达到了高效、收敛、可扩展的效果。基于 MPI编程实现 ,给出了该算法在几个典型的多极值点函数以及实际问题中的应用效果 ,通过与相关工作的简单对比指出了该算法的适用范围和特色。建立 SPMD求解模型是 SPMD算法深入研究的方向     

基于区域分解法的地下水有限元并行数值模拟

地下水系统概念的出现对地下水模拟技术、地下水决策支持管理提出了新的要求，比如地下水系统中同时包含包气带模型和饱和带模型，或在饱和带中同时出现孔隙介质模型和裂隙介质模型，更可能在建造地下水模型的同时必须结合考虑地表水模型，所有的这些顾虑和可能均会使模型复杂化，且不说用目前流行的数值方法难于求解，就算能求解也势必造成计算工作量的剧增，这就需要借助高性能计算机来担任这项工作．相对于代价高昂的共享内存多处理器技术，基于分布式模型的机群计算技术为此项工作的实现提供了可能．讨论了如何利用机群计算技术，实现地下水有限元并行数值模拟．从地下水有限元模型的并行求解可能、基于区域分解法的并行算法、并行编程以及并行计算的实现各方面着手，系统地阐述了地下水有限元并行模拟的关键技术，并将该方法应用于一个理想的地下水溶质运移模型中，取得了成功．还讨论了方法的应用前景，包括利用机群计算技术实现对整个流域的地下水进行准实时模拟，为地下水调度提供决策依据．     

一个Java自适应优化编译框架的设计与实现

给出一个主要针对Java高性能应用的Java自适应优化编译框架.它具有分布式系统结构,采用一个启发式算法搜索一个很大而复杂的优化空间以提高被编译程序的运行性能.在两个测试环境下测试16个测试程序的结果表明:它在测试100个点后能取得平均加速比为1.14和1.10,并且其中的78%和89%在头20次测试中即可获得.