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基于多核的并行仿真引擎的研究

王晨  
【摘要】:本文主要对并行仿真引擎的相关技术进行研究,旨在利用将离散事件仿真以并行方式推进,来提高仿真的效率,降低仿真的执行时间。对于串行仿真引擎来说,模型实体在推进和计算的过程中所产生的离散事件,将会在引擎中按仿真时间顺序依次进行处理,这种单进程单线程的执行方式并不能充分利用当今计算机的多核优势。而采用多进程或多线程的并行处理方式,会大大提高计算机硬件资源的利用率,加快了模型实体的运算速度,进而提高了整个仿真过程的执行速度。本文基于面向对象和模块化的设计思想,首先阐述了基于多线程和多进程的并行仿真引擎的整体架构。内核引擎加载和驱动仿真模型实体推进,并且按仿真时间顺序来维护离散事件队列,同时根据推进时间来处理相应的离散事件。引擎控制模块负责控制内核引擎的初始化,与其进行交互。而同步推进模块主要作用是实现并行时间同步策略,保证并行引擎中的多个逻辑进程按照仿真的正确逻辑进行推进,不出现逻辑错乱。其中主要根据基于空消息的保守时间同步算法,提出了利用基于带有时间戳的消息的多进程实现,和基于共享资源的多线程实现两种方式。两者都采用空消息的思想来避免并行中可能出现的死锁问题。并行仿真引擎中还包括其他功能模块,实现数据处理、通信、日志记录、数据记录和时间统计等功能。本文在对仿真引擎各个模块的功能做了详细阐述的基础上,通过给出一些类图和伪代码的形式,对并行仿真引擎的部分实现细节做了细致的说明,其中包括模型和端口、内核引擎中的事件、消息的定义和转换等。最后通过执行实际项目中的仿真应用,对本文设计并实现的并行仿真引擎的功能和性能做了测试和评估,确定了并行仿真引擎可以突破仿真应用在串行推进时所遇到的一些效率瓶颈,有效的提高了仿真的执行速度。


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