基于PC机群环境MPI的多重网格并行算法研究

【摘要】： 随着科技的发展，新一代的计算机，无论计算能力和计算速度都比旧的计算机优越。但人类对高性能计算的需求，也不断提高。除了增强处理器本身的计算能力外，并行处理是一种提高计算能力的有效手段。从前，并行处理要采用昂贵的专用计算机，随着个人计算机及网络成本下降，现已广泛用分布式网络计算机系统进行并行处理。在分布网络计算机系统中，采用消息传递方法实现进程间的通讯。当前流行基于消息传递的并行编程环境是MPI(Message Passing Interface)和PVM(Parallel Virtual Machine)。本文是在MPI网络并行环境中，依照区域分解法的原理，构造多重网格的并行算法。 本论文首先介绍了并行计算的基本理论，然后介绍了计算机机群系统和MPI(Message Passing Interface)消息传递机制。在此基础上，建立了基于LINUX和MPI的PC机群实验环境。然后基于网络并行环境中并行算法的设计原则，提出了由武汉理工大学并行处理实验室设计的高效并行算法——多重网格区域分解虚拟边界预测算法。这一算法利用虚拟边界点上的历史值，对其进行预测，通过预测，减少通讯，从而加快收敛，提高加速比。文中给出了虚拟边界预测算法的预测模型，详细论述了虚拟边界预测方法的主要思想和关键技术，并在对一类二维热传导方程的求解过程中使用到的各种虚拟边界预测方法进行了比较及分析。最后总结了本论文所做的工作，并指出本课题领域有待于进一步研究的问题。 本文总共分为六章，其内容如下： 第1章，主要介绍并行计算机的发展及分类，并行计算的基本理论及本论文所做的主要工作。 第2章，详细的介绍了PC机群系统的特点，机群环境并行算法的设计模式和并行计算平台MPI的通信模式。 第3章，介绍了MPI系统，详细的给出了在实际计算所使用的MPI机群系统的构造和配置过程，最后对两种常用的并行计算平台MPI和PVM在几个方面进行了比较 第4章，讨论了多重网格算法和区域分解算法，介绍了这两种算法的理 武汉理_[大学硕士学位论文 论背景，给出了详细的算法描述。 第5章，讨论了基于虚拟边界预测的多重网格并行算法，对儿种不同的 虚拟边界预测方法进行了分析比较，并提出了一种改进的混和预测算法，最 后求解实际二维热传导问题中应用了此算法。 第6章，给出了本文的总结，并对下一步的工作作了展望。 本文得到了中英国际合作项目(批准号:英国皇家学会I又oyal Society Q724)、国家自然科学基金项目(批准号:69773021)、国家自然科学基金项 目(批准号:60173046)的资助。