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。     

消息传递接口在偏微分方程中的并行计算

针对四冲程内燃机活塞在气缸套中的二阶运动轨迹的求解问题，提出基于消息传递接口（MPI）并行化求解非线性二阶偏微分方程，计算时用消息传递的并行编程模型对不存在数据相关的部分实施并行化。对各个模块的划分以及颗粒度的大小进行了论述。对求解问题中不同的求解精度要求和通信方式，分别在SUN工作站和上海超级计算中心神威机上进行计算，对各自的总计算时间和并行时间做了对比分析，并给出了加速比和适宜的进程数。研究表明，改进后的并行算法可以在较短的时间内得到高精度的结果，且具有很好的加速比。     

MPI环境下FDTD高效率网络并行计算研究

FDTD(FiniteDifferenceTimeDomain)计算复杂电磁场问题存在计算时间长和内存耗用大的难题,并行计算可以减少单机处理量,是解决该难题的有效途径.本文针对网络并行系统特点结合FDTD算法,提出了有效的优化步骤,采用MPI并行函数库实现高效率FDTD并行计算.在一套16台微机组成的网络并行计算机系统上完成了三维FDTD并行计算举例.计算结果证明了该方案的正确性,并且得到了较高的并行效率.     

高效率FDTD网络并行计算研究

在一套Beowulf型网络并行计算机系统上,对FDTD并行化处理中的区域分割、邻近子区域之间的边界数据交换、数组操作和进程同步等关键步骤进行了研究和优化,提出了采用MPI并行函数的FDTD并行计算方案.通过三维FDTD并行计算举例,验证了并行计算的正确性,通过测试得到了较高的并行效率.     

并行计算实验平台的研究与实现

本文研究和实现了一个轻量级的消息传递接口MPI结合JAVA的并行计算实验平台。该实验平台是一个在单机上模拟多机并行程序设计过程的环境,为用户编写和实现并行计算算法提供可视化的界面、MPJ函数库,以及常用例程。本文主要阐述了实验平台的架构、内容,实现的思路和技术难点以及实验平台的演示。     

网络并行方式的PVM异构计算环境

ＰＶＭ（ＰａｒａｌｌｅｌＶｉｒｔｕａｌＭａｃｈｉｎｅ）是异构计算环境下消息传递模型实际应用的成功范例．它将计算机网络上的各种机器抽象映象成一台具有高性能计算潜力的虚拟并行机，构成开发和运行大型并行应用软件的灵活、简洁且完整的程序设计环境，在分布式高性能计算领域为人们所广泛接受，成为网络并行计算技术领域中消息传递程序设计模型的事实标准之一．本文介绍ＰＶＭ的结构、模型和技术发展；分析了典型应用和实验数据，最后对ＰＶＭ进行评价并给出结论．     

基于PVM的网络并行计算环境实验及优化策略研究

使用多网卡方案实现基于PVM平台的千兆网络并行计算环境,并在负载平衡和Cache优化编程方面进行研究,通过大计算量的力学算例测试,提出了可行性网络计算系统优化方案.     

消息传递网络中的消息传递机制和路由算法

消息传递网络应用十分广泛,小到超大规模集成（VLSI）内部总线,大到计算机广域网.对其中一种消息传递网络——3D环型立方体结构中消息传递机制以及路由算法进行了深入研究,提出了无死锁和无活锁的确定性路由与自适应路由相结合的路由算法,考察了虚拟直通（cut-through）和存储转发（store-and-forward）两种消息传递机制下的性能表现.通过在3D环型立方体网络上的模拟运算,验证了所提出的算法在传输延时、吞吐率等方面的性能提高;也验证了不同的消息传递机制对网络传输效率的影响.     

基于视窗操作系统网络并行计算环境的建立与应用

针对单台微型计算机进行数值模拟耗时长的问题,在微软公司开发的32位视窗操作系统下建立了网络并行计算环境.把2台微型计算机连成一个星形结构的以太网,以并行虚拟机作为网络并行计算平台、Vi sualC 作为开发工具,通过建立帐号及主目录、配置网络、设置系统环境变量和测试等步骤,完成了并行虚拟机的配置与调试.采用C语言自行研制了并行凝缩算法的源程序,并进一步以主从进程模式对金属平板轧制过程的弹塑性力学行为进行了数值模拟.研究结果表明,所建立的网络并行计算环境运行可靠,并行加速比可达1 785,并行效率达到了89%,与单台微型计算机相比,不仅提高了运行速度,且大大缩短了计算时间.     

消息传递型片上多核系统的设计

基于消息传递的编程模型设计了一款片上多核系统，该系统在4SymboltB@4的2D mesh片上网络中集成了16个小型RISC处理器，这些处理器各自使用一个可配置的私有SRAM用于指令和数据的存储，而处理器间的数据包通信则通过虫孔交换的路由器及网络接口实现.此外，在软件层面实现了基本的数据传输与进程同步接口，并采用SPMD并行模式设计了3个应用案例，以对该系统进行验证和性能分析.仿真及FPGA测试结果表明，对于整数矩阵乘法、浮点FFT计算以及基于灰度图像的模板匹配问题，该多核系统的并行加速比最高可分别达到7.6，10.5和15.9.     

基于阈值的网络行为动态消息传递方法

提出了一种基于阈值的动态消息传递方法,该方法能够根据更新方程给出每个个体接受趋势的概率随时间演化的情况.通过与蒙特卡洛仿真方法在实际网络中的比较,证明了动态消息传递方法不但和仿真方法的计算结果吻合得好,并且极大地降低了仿真实验的次数.最后讨论了动态消息传递方法在大规模随机网络中的应用,通过分析结果,动态消息传递方法能给出在任一随机网络中接受者和未接受者的出现频率随时间演化的规律.     

网络并行计算在轨道结构动力分析中的应用

针对车辆-轨道结构动力分析问题，提出了一种基于网络并行计算环境的并行求解方法．考虑车辆和轨道结构特征，建立车辆-轨道结构动力分析模型，推求动力响应微分方程．针对推导的微分方程，改进串行求解算法，提出一种宏流水并行算法．针对算法的性质分析了该算法的适用范围，并从理论上分析了最佳节点机个数和最大加速比．考虑车辆通过轨道不平顺情况，实现了求解轨道结构动力响应的宏流水并行程序．分别在工作站和个人计算机组成的网络并行环境中，测试了提出的宏流水算法性能．实验结果表明，宏流水并行算法可以获得良好的加速比．     

一个网络并行计算的性能预测模型

并行针对网络并行系统中的树状结构的计算提出了一个性能预测模型框架，在此框架的基础上，提出了一个针对分而治之并行程序高度范例的性能预测模型，并给出了应用实例。还讨论了如何使用这一模型评估性能以获得最佳计算规模。     

最大互信息系数的并行计算方法研究

针对最大互信息系数（Maximal Information Coefficient,MIC）近似算法在大规模数据场景下的计算时间复杂度高,计算时间增长快的问题,提出一种最大互信息系数并行计算（The Parallel Computing Maximal Information Coefficient,PCMIC）方法。分别在Spark和Spark-消息传递接口（Message Passing Interface,MPI）计算框架中,在不同的数据规模和不同的噪声水平下,利用PCMIC算法对十四种典型的相关关系做并行计算。另外在不同节点数的情况下,选择两种具有代表性的相关关系来测试PCMIC算法在两种计算框架中的性能。实验结果表明：（1）PCMIC算法在两种框架下的运算效果与原始MIC近似算法相比,同样具有普适性和均匀性,而且具有良好的可扩展性。（2）随着数据规模和节点数的增加,PCMIC算法在两种框架中运算的时间增长明显比MIC近似算法慢,而且在Spark-MPI框架下的并行加速比和效率略优于Spark。（3）Spark能够支持MPI任务的调度,为研究不同并行计算框架之间的融合奠定了一定的理论和应用基础。     

在Linux下构造并行计算平台及开发并行程序

L inux是一个非常优秀的操作系统,其上的PVM也是目前最流行的并行编程语言之一.借助L inux构建并行计算系统,以及在L inux平台下开发PVM并行程序.     

集群环境下并行编程环境研究

研究了集群环境下并行编程的两种模型——PVM和MPI，分析了基于PVM模型的PVM ．CPPVM2种编程工具的发展情况、编程环境及各自特点；同时分析了基于MPI模型下提供开放资源的MPICH，LAM／MPI，MPIJava编程工具的发展情况、编程环境及各自特点、提出了集群编程环境将朝着面向对象的并行程序设计、广泛的异构环境支持、高性能计算程序设计的可视化等方向发展．     

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.     

PC机上并行计算线性方程组

作者从微机内存有限这一实际情况出发,采取内存与硬盘交换数据的方法,利用网络技术及可移植消息传递界面MPI,给出了在微机簇上实现求解较大规模线性方程组的并行算法。同时,此算法也适用于在单个微机上串行求解线性方程组。并编制程序在微机簇上进行了数值试验,得出了正确的计算结果。     

MPI并行编程环境及程序设计

通过对MPI原理和特点的研究,给出了并行MPI程序的基本设计思路和执行过程,并实现了向量相加的并行计算.