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《中国人民解放军国防科学技术大学》 2000年
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分布式存储环境下并行计算可扩展性的研究与应用

陈军  
【摘要】: 随着超级计算机规模的不断扩大,并行算法与并行机相结合的可扩展性研究日益得到重视,同时并行应用程序的可扩展性研究也愈为迫切。针对这种应用需求,本文对可扩展模型、可扩展性度量方法和分析准则进行了研究,并将有关结论应用到具体的应用程序中。本文的研究与创新工作概括如下: (1)并行计算模型是研究并行计算可扩展性的基础。本文在深入分析已有并行计算模型的基础上,对常用并行计算模型进行分类,指出了它们的适用范围和优缺点。 (2)深入分析了可扩展性与执行时间、可扩展性与单机性能之间的关系。结果表明:如果片面强调执行时间或单机性能,可能会对可扩展性带来不利的影响。从理论和实验上分析了任务和数据分配策略对并行系统可扩展性的影响。 (3)首次从费用有效性的角度,提出了近优可扩展模型。它不仅可以描述并行系统的可扩展能力,而且可以根据小规模系统的性能指标,预测更大规模应用问题在接近最优条件下(即执行时间接近最短时间,而效率不低)运行所需要的处理机数目。从而帮助用户实现合理的处理机配置。 (4)提出了三种可扩展性度量方法,即时间可扩展性、效率可扩展性和收敛可扩展性。原有可扩展性度量方法难以衡量由算法实现差别导致的并行系统可扩展性的差异,新方法弥补了上述不足,并具有易于度量的优点。 (5)提出了一套可扩展性分析准则,用来帮助确定并行系统可扩展性低的原因。 (6)采用上述方法分析了核物理和CFD领域中的三个并行应用程序的可扩展性,并验证了上述结论。这三个程序分别是二维电磁等离子体粒子云网格法程序(2D-CIC),跟踪界面活动网格法程序(YGX),三维高超声速流场数值模拟程序(TXD)。同时对它们进行了资源需求分析。 (7)针对异构系统,改进了一种性能模型,并提出了一种静态任务分配策略。实验结果表明,这种分配策略可以较好地实现负载平衡。分析和发展了资源受限条件下有效利用资源的方法。对一些典型算法的分析表明,这种方法可以预测在资源受限的异构计算环境下,并行算法获得最短执行时间所需的处理机数目。 (8)异构计算是当前研究热点,而以往的可扩展性研究集中于对同构系统的分析。本文针对基于同构网络的异构机群系统,提出了一种可扩展模型。对一些典型算法的分析表明,这个模型可以描述算法在上述异构系统上的可扩展能力。 (9)实现了二个CFD应用程序的并行化。它们分别是:超声速高阶面元法程序和欧拉方程数值模拟程序。在并行化过程中考虑了并行程序的可扩展能力,对可扩展性 国防科学技术人学研究生院学位论文 研究在指导并行程序设计方面的应用进行了一定的探索。
【学位授予单位】:中国人民解放军国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:TP338.6

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 孙安香;数值气象预报变分同化的伴随模式并行计算[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 魏立峰;分布式存储环境下矩阵广义特征值问题的并行计算[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
3 张理论;面向气象预报数值模式的高效并行计算研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
4 张卫民;气象资料变分同化的研究与并行计算实现[D];国防科学技术大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 周祥;私有云构建中资源和数据管理的研究[D];北京工业大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 陈华英;强激光在磁化等离子体中调制不稳定性及坍塌研究[D];南昌大学;2011年
8 邹刚;鼻咽癌细胞协同模式分类识别方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
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10 高城;非局域热动平衡等离子体的粒子布居和辐射性质研究[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李蒙;特殊构型靶对激光质子加速特性的影响[D];中国工程物理研究院;2010年
2 吕信;激光能量沉积光路追踪法及其并行化[D];中国工程物理研究院;2009年
3 岳林霖;用于软X射线诊断的小型化透射光栅谱仪的研制[D];电子科技大学;2011年
4 申英杰;碘等离子体激光产生的初步研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 李干;激光辐照下纤维复合材料宏—细观效应的数值模拟研究[D];国防科学技术大学;2010年
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7 史建国;X10语言机制研究和实现优化[D];国防科学技术大学;2011年
8 林忠伟;基于单调指标空间法的需求空间探索加速技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
9 谢翔云;激光尾波场加速电子新型注入方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 黄磊;;浅谈“私有云”如何解惑大型企业IT发展困境[J];电信科学;2010年06期
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10 丑纪范;天气数值预报中使用过去资料的问题[J];中国科学;1974年06期
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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2 赵利斌;田有先;;改进的并行ORTHOMIN(m)算法[J];计算机工程与应用;2009年06期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 黄静华;支持向量机算法研究及在气象数据挖掘中的应用[D];中国矿业大学(北京);2011年
2 伍湘君;GRAPES高分辨率气象数值预报模式并行计算关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 彭霞;IAP9L AGCM并行计算研究及实现[D];国防科学技术大学;2006年
2 朱海峰;协同进化算法研究及在暴雨强度公式参数优化中的应用[D];南京信息工程大学;2012年
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6 孟伟;ABC设计院私有云平台规划与设计[D];电子科技大学;2013年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 袁国兴 ,段庆生 ,张玉华 ,杨淑霞 ,王宝兴;跟踪界面活动网格法[J];爆炸与冲击;1982年03期
【相似文献】
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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7 张理论;面向气象预报数值模式的高效并行计算研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
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4 岳常智;135四气门直喷式柴油机工作过程数值计算[D];大连理工大学;2006年
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6 叶敏娇;Manticore体系结构设计[D];浙江大学;2006年
7 赵玉林;H.26L视频编码器并行性算法研究与实现[D];西南交通大学;2003年
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