异构环境HBSP模型及其在FFT算法中的应用

提出了异构块同步并行（ＨＢＳＰ）模型和程序开销计算方法，根据通信开销线性模型和处理机利用率来研究异构环境中算法的设计和分析。以快速傅立叶变换（ＦＦＴ）为例，给出了相应的算法设计和分析结果。当构成块同步并行（ＢＳＰ）计算机的各处理机速度相同，且原有ＢＳＰ算法达到最优（即各处理机上所分配的计算量与通信量完全均衡）时，ＨＢＳＰ模型等同于原有模型。     

基于并行粒子群优化算法的变分资料同化

为了提升粒子群优化算法(PSO)应用到实际大气和海洋模式的资料同化时的计算时效性,针对一种最新提出的基于方向的粒子群优化算法(PSOBD),使用消息传递接口(MPI)和整体同步并行(BSP)计算模型,设计PSOBD的并行算法,较好地实现了BSP结构下PSOBD的全局通信操作。为检验并行化后的PSOBD的计算时效,将其用于潜水方程的资料同化并与基于串行的PSOBD的同化数值试验结果比较。大量的孪生同化试验结果的统计分析显示,并行化后的PSOBD与串行PSOBD一样能产生高质量的同化结果,且计算时效相对串行PSOBD提高了13倍以上。这一结果为PSOBD算法用于实际模式的四维变分资料同化(4D-Var)提供了依据。     

GraphHP:一个图迭代处理的混合平台

BSP(Bulk Synchronous Parallel,BSP)计算模型是建立大规模迭代式图处理分布式系统的重要基础.现有平台(如Pregel、Giraph、Hama)虽然已经实现了较高的可扩展性,但主机之间高频同步和通信负荷严重影响了并行计算的效率.为了解决这个关键性问题,本文提出了一种基于混合式模型的执行平台GraphHP(Graph Hybrid Processing).它不仅继承了以顶点为中心的BSP编程接口,而且能够显著减少同步和通信负荷.通过在图分区内部和分区之间建立混合执行模型,GraphHP实现了伪超步迭代计算,把分区内部计算从分布式同步和通信中分离出来.这种混合执行模型不需要繁重的调度算法或者以图为中心的串行算法,就能有效减少同步和通信负荷.最后,本文评估了经典的BSP应用在GraphHP平台的实现方式.实验表明它比现有的BSP实现平台效率更高.本文提出的GraphHP平台虽然是基于Hama实现的,但它很容易迁移到其他的BSP平台.     

考虑释放时间和调度顺序的可分任务调度模型

针对处理机具有任意释放时间的异构并行与分布式系统,通过寻找最优的处理机调度顺序和任务分配方案,使得任务的完成时间达到最短.首先,在给定处理机调度顺序的情况下,分析了处理机释放时间对任务完成时间的影响,得到了任务分配方案关于处理机调度顺序和时序约束条件的解析解;然后,以调度顺序和时序约束条件为变量,以任务的最短完成时间为目标,建立了一种新的可分任务调度模型;最后,设计了高效的全局优化遗传算法求解该模型.仿真结果表明所提算法比已有算法完成任务的时间更短.     

异构分布式环境中的并行离群点检测算法

离群点检测是数据挖掘领域研究的热点之一,主要目的是识别出数据集中异常但有价值的数据点. 随着数据规模不断扩大,使得处理海量数据的效率降低,随即引入分布式算法. 目前现有的分布式算法大都用于解决同构分布式的处理环境,但在实际应用中,由于参与分布式计算的处理机配置的差异,现有的分布式离群点检测算法不能很好地适用于异构分布式环境. 针对上述问题,本文提出一种面向异构分布式环境的离群点检测算法. 首先提出基于网格的动态数据划分方法（Gird-based Dynamic Data Partitioning,GDDP）,充分利用各处理机的计算资源,同时根据数据点的空间位置信息进行数据划分,可有效减少网络通信. 其次基于GDDP算法,提出了异构分布式环境中并行的离群点检测算法（GDDP-based Outlier Detection Algorithm,GODA）. 该算法包括2个阶段：在每个处理机本地,按照索引中数据点的顺序进行过滤,通过2次扫描得到离群点候选集;判断候选离群点需要进行网络通信的处理机,使用较低网络开销得出全局离群点. 最后,通过大量实验验证了本文提出的GDDP和GODA算法的有效性.     

MPP上的并行松弛迭代算法

讨论了松驰迭代算法在大规模并行处理机（massively parallel processor，MPP）计算模型上的并行化，给出了在MPP上的并行算法。该算法将计算近似解向量各分量值的时间错开，从而使各个分量的迭代计算可并行进行。对算法性能进行的分析和在大规模并行处理机系统曙光2000中对算法进行的计算均表明：并行松驰迭代算法具有较好的收敛速度、较高的加速比和可扩放性。     

异构分布式实时系统中容错调度模型的研究

研究了基于异构分布式系统的实时容错调度算法 ,同构分布式系统中的处理机完全相同 ,而在异构分布式系统中各个处理机均不相同 ,各个处理机有不同的处理能力和不同的健壮性 .提出了可靠性成本概念 ,建立了一个基于异构分布式系统实时容错调度模型 .基于该模型 ,设计了一种实时容错调度算法 ,算法在不增加系统硬件成本的情况下 ,提高了实时分布式系统的可靠性 .     

异构系统中带可用性约束的性能优化调度算法

针对可用性约束以及任务响应时间不同给异构系统中实时任务调度分配带来的处理机节点难选取的问题,提出了一种带可用性约束的性能优化调度算法(PO-SSAC)。该算法将异构系统内处理机节点、实时任务以及带可用性约束的实时任务调度过程进行数学建模,通过考虑可用性成本与任务平均响应时间的折中,引入系统综合开销的概念,根据实时任务的可用性需求为其分配系统综合开销最少的处理机节点调度执行,达到系统调度资源合理利用的目的。实验结果表明,在实时任务调度可用性方面,与SSAC算法相比,PO-SSAC算法提升了3.4%,与MinMin算法相比,提升了76.9%,与Sufferage算法相比,提升了76.5%;与Sufferage算法相比,PO-SSAC算法的系统综合开销减少了约30%,优化了异构系统的实时任务调度性能。     

非结构网格上二维可压缩Navier-Stokes方程的并行算法

为了提高Navier-Stokes方程的求解效率,在分布式环境下,提出了基于区域分解算法的并行求解算法.首先,通过多级图分区方法划分非结构网格,使得多块区域网格独立保存;其次,内边界构造虚拟单元进行数据传递,最大限度减少通信开销,并加入当地时间步长以及AF-ADI隐式时间离散技术进一步提高计算效率;最后,在集群系统上,计算了NACA0012翼型和RAE2822翼型黏性绕流,8台处理机并行效率保持在42%以上,验证了该方法的可行性和高效性.数值结果表明,算法适合分布式环境下进行粗粒度科学计算.     

采用FPGA技术的北斗B3I同步算法

针对BDS-B3I弱信号同步算法运算量大的难题,提出一种改进算法.该算法先计算累加时长1 ms的互相关序列,然后根据信号模型将运算结果扩展为累加时长20 ms的互相关序列.基于FPGA(现场可编程门阵列)技术,将改进算法简化为累加运算节约芯片开销,并设计一种并行且流水线化的电路结构,达到同时搜索多路卫星信号的目的. MATLAB仿真结果和FPGA验证表明,改进算法的计算量相比原始算法下降了90%, SNR-34 dB且频偏±30 Hz时捕获概率达到100%,流水线和并行化结构进一步加快卫星信号搜索速度,具有较强实用性.     

一个块同步并行（BSP）的改进I／O代价模型

提出了一个改进的BSP的I／O代价模型,不但易于实现,而且利用该模型能减少I／O,通信及同步时间,显著地提高BSP程序的运行效率,给出了在这两种模型下实现并行排序算法的时间代价比较。     

阶段并行模型上的并行算法设计

阶段并行模型是BSP(Bulk Synchronous Parallel)模型的改进,它更接近于表述实际的机器行为,同时具有编程简单、独立于系结构和执行性能可预测等特点.NOWs正成为并行计算领域的一个新的发展热点,以太网构成的微机集群系统是NOWs的一种重要实现形式.研究了群集系统中分阶段并行模型上的并行算法设计,以FFT算法为例,进行了设计和分析,并给出了测试结果.     

超立方体多计算机上数据并行算法性能研究

讨论了超立方体多计算机上的数据并行算法，着重分析通信参数对算法性能的影响。提出了一个计算模型，并以并行归并算法为例，对数据元素数目和处理机数目等设计参数进行性能评价。     

异构分布式实时系统中容错调度模型的研究

研究了基于异构分布式系统的实时容错调度算法,同构分布式系统中的处理机完全相同,而在异构分布式系统中各个处理机均不相同,各个处理有不同的处理能力和不同的健壮性。提出了可靠性成本概念,建立了一个基于异构分布式系统实时容错调度模型。基于该模型,设计了一种实时容错调度算法,算法在不增加系统硬件成本的情况下,提高了实时分布式系统的可靠性。     

块三对角线性方程组的重叠分割可扩展并行近似求解方法

基于并行计算的分治思想,对于严格块对角占优的块三对角线性方程组提出一个可扩展 的块重叠分割并行近似求解方法(PBOA方法).在机器精度内,利用块对角占优的条件,只需要相邻处理器间一次通讯,得到与精确解等价的近似解.在算法设计中,充分考虑计算与通信的重叠和处理机间负载平衡.通过精度分析,给出子方程组的阶数与精度的关系,从而得到通过调整子方程组的阶数来控制精度和并行效率,保证可扩展性的方法,得到的并行计 算效率可随着问题规模的增加而增加.该文的方法在上海大学并行计算机“自强3000”上运行,数值实验的结果与理论分析的结果一致,得到的并行计算效率接近67%,加速比几乎是线性的.     

BSP模型下的并行程序设计与开发

介绍了BSP（Bulk Synchronous Parallel)模型,讨论了在该模型下进行并行程序设计的优点,并行算法的分析和设计方法及其必须遵守的原则,以两矩阵的乘法为例说明了如何借助BSP并行程序性能预测工具,利用两阶段BSP并行程序设计方法进行BSP并行程序的设计和开发。     

分布式计算系统中的动态调度策略研究

在分析已有调度策略的基础上,针对异构分布式计算系统提出了具有良好可扩展性的全局动态分布调度策略.即,利用处理系数比较好地反映了计算系统的异构性,同时调度在各个处理机上分布执行,充分利用了系统的全局负载信息,以较小的调度开销获得较高的调度效率.     

并行查询中基于二维资源模型的处理机分配

并行查询中的处理机分配是并行数据库系统中查询优化的重要组成部分.考虑到进程对CPU和磁盘IO的需求,着重研究SN结构上并行查询的处理机分配问题.首先提出查询操作对CPU和IO的二维资源使用模型,再通过粗粒度概念确定(浮动)操作的划分并行度,并定量分析查询内各种并行性和资源共享对查询响应时间的影响,最后提出HLS启发式处理机分配算法     

非对称广义特征值问题的并行QZ算法

非对称广义特征值问题的并行处理是并行计算结构力学的重要部分,这方面的工作目前在国内外研究得还很少.将串行计算中求解非对称广义值问题AX=λBX(A、B为n阶实矩阵)行之有效的QZ算法作了并行化处理,并就得到的并行QZ算法在Challenge L并行机上进行了试算.数值结果表明:当处理机个数为2或4时并行效率良好,但当处理机个数为8时并行效率不高.     

支持优先级约束任务的容错调度算法

为了解决异构分布式系统中可靠调度问题,提出一种考虑处理机链路通信竞争的,支持优先级约束任务的容错调度(FSPCT)算法。该算法使用通信竞争模型描述处理机之间通信,在备份成本最小化和备份任务最早完成之间寻求平衡点。对主副版本任务的最早开始时间进行分析,并限定了所执行的处理机,在处理机出现故障后任务可以顺利执行。实验结果表明FSPCT算法的综合性能优于现有一些算法。