并行计算在海洋水龄谱模拟中的应用研究

发布时间：2019-08-12 20:23

【摘要】：通过研究水龄和水龄谱，可以使海洋环境学家理解该变化对水体输运过程所产生的潜在影响，对于保障沿海地区的可持续发展具有重要的理论和现实意义。目前，在水龄谱数值模拟研究中多采用串行计算模型，由于该模拟的数据和计算量较大，导致系统运行效率较低，特别是对于大规模的水龄谱数值模拟，过低的运算效率甚至会影响到研究的正常进行。在水龄谱模拟过程中应用并行计算技术，可以提高模拟速度，从而提高研究效率，同时对并行计算技术在海洋数值模拟领域的应用和发展也具有重要作用。本文的研究得到了国家自然科学基金项目“渤海多源水龄和水龄谱数值研究（41176007）”的支持。 本文将适用于分布式存储环境的消息传递接口（Message Passing Interface，MPI）与适用于共享存储环境的开放式多处理（Open Multi-Processing，OpenMP）两种并行计算技术相结合，提出了一种适用于海洋水龄谱数值模拟的混合并行计算模型，并将该模型应用于渤海水龄谱数值模拟当中进行了实验研究，本文的主要工作如下： (1)实现了水龄谱数值模拟的并行化。在对水龄谱数值模拟过程进行介绍和分析的基础上，结合MPI和OpenMP两种并行计算技术，实现了水龄谱数值模拟的混合并行计算。相对于单一并行技术的模型，混合模型更加适合多核心集群计算机系统。 (2)将混合并行水龄谱模型应用于渤海水龄谱数值模拟当中，模拟了渤海水龄谱，并对比了串行算法的结果以验证混合模型的可靠性。在此基础上，对混合模型的运算效率进行了测试，并与传统的纯MPI模型进行了对比。 (3)为了进一步了解混合水龄谱模型的可扩展性，研究了模型的系统内存资源使用情况。 实验结果表明，MPI+OpenMP混合并行水龄谱模型能够显著提高水龄谱模拟的运算效率，且相对于传统的纯MPI方式具有更高的运算速度和更低的系统资源消耗。
【图文】：

图2-1 SMP结构模型图Fig.2-1 SMP structural model diagram机有如下特征：享存储：任意处理单元均可通过总线或者交叉开关出设备，访问延迟、带宽等是同一的，同时具有统像唯一：存储器中只有一个操作系统驻留，操作系况动态分配运算资源，保证整机负载平衡。存一致性：各处理单元拥有独立的高速缓存，其中保持一致。延迟：各个计算进程通过共享数据缓冲区来完成处迟通常大幅低于网络通信带来的延迟，同时支持消程序设计。线带宽：所有处理单元共享总线带宽，实现对内存的访问。

图2-2 DSM结构模型图Fig.2-2 DSM structural model diagram式共享存储多处理机具有以下特点：计算节点为单位：每个计算节点由一个或多个 CPU 组成，各部高速缓存，并共享节点内的存储器和输入输出设备，，节点连接。体上分布式存储：由于存储器分布于各节点内，因此整体上点。存地址空间统一：内存单元进行了统一编址，并通过网络连。节点可以直接访问本地内存储器，又可以访问其他节点的内一致内存访问（NUMA）：某一节点访问其他节点内存需要较大，而访问节点内部的存储器延迟较小。
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P731;TP338.6

【参考文献】

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1 王关锁;乔方利;杨永增;;基于MPI的LAGFD-WAM海浪数值模式并行算法研究[J];海洋科学进展;2007年04期

2 李冬;刘t

本文编号：2525932