基于SMP机群的层次化编程模型的设计及实现

发布时间：2019-10-16 08:42

【摘要】：随着并行计算技术的不断发展，并行计算机的硬件体系结构也呈现出多样性，但主要以大规模并行处理机系统和机群系统为主。近年来，对称多处理机SMP系统结构在机群中被广泛采用。由多个SMP系统互连构成的SMP机群正成为并行计算机的主流，因此设计一种适合该结构的编程模型显得尤为重要。 本文首先介绍了并行计算机和并行编程模型的发展背景，并阐明了研究的意义及主要工作。随后介绍了一种基于并行计算机体系结构的分类方法：Flynn分类法，并分析了几种当代流行的并行计算机系统。本文重点研究了机群系统的硬件体系结构相对于其他系统的优势，以及机群在高性能计算领域中的重要性。然后给出了SMP机群的体系结构，从SMP机群的体系结构中我们可以看出它既具有机群系统易扩展的优势又克服了SMP系统可扩展性差的缺点，其次它具备节点内共享存储和节点间分布存储的层次结构，可以很好的利用共享存储编程模型和分布存储编程模型。 并行编程模型是并行计算的基础，也是并行硬件与内存体系结构层上的抽象概念。本文介绍了两种传统的并行编程模型：共享存储编程模型和分布存储编程模型，及其实现标准。重点研究了OpenMP编程模型，MPI并行编程以及数据并行编程。提出了一种基于SMP机群的层次化并行编程模型，并给出了该层次化编程模型的结构，OpenMP+MPI层次化编程模型的实现，，粗细粒度并行的含义，以及该模型的优势。在一定情况下，层次化编程模型要优于单一并行编程模型。 本文实现了计算和并行分块矩阵相乘的MPI和OpenMP+MPI并行编程程序设计，优化了计算的层次化编程程序，提高了其并行执行效率。在曙光TC5000机群系统上实现了计算和并行分块矩阵相乘的两种编程模型的测试。通过测试数据的对比可以得出在SMP机群上进行OpenMP+MPI层次化并行编程要比单一并行编程模型的执行效率高，并且随着问题规模的增大，层次化编程模型的执行效率越明显。本文最后，对分块矩阵相乘的OpenMP+MPI层次化并行编程模型的优化以及其他模式的层次化并行编程模型进行了展望。
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP338.6

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 祝永志;张丹丹;曹宝香;禹继国;;基于SMP机群的层次化并行编程技术的研究[J];电子学报;2012年11期

2 马小玲;;基于程序定义及动态进程的PVM与MPI比较[J];舰船电子工程;2009年01期

3 赖建新;胡长军;赵宇迪;王生原;张素琴;;OpenMP任务调度开销及负载均衡分析[J];计算机工程;2006年18期

4 李清宝,张平;基于分布/共享内存层次结构的并行程序设计[J];计算机应用;2004年06期

5 单莹;吴建平;王正华;;基于SMP集群的多层次并行编程模型与并行优化技术[J];计算机应用研究;2006年10期

6 潘卫;陈燎原;张锦华;李永革;潘莉;夏凡;;基于SMP集群的MPI+OpenMP混合编程模型研究[J];计算机应用研究;2009年12期

7 张军;万剑怡;;多核集群系统上的混合编程模型研究[J];计算机与现代化;2009年05期

8 李苏平;刘羽;刘彦宇;;基于MPI与OpenMP混合并行计算技术的研究[J];软件导刊;2010年03期

9 安虹,陈国良;并行程序设计模型和语言[J];软件学报;2002年01期

10 刘志强;宋君强;卢风顺;徐芬;;非平衡进程到达模式下MPI广播的性能优化方法[J];软件学报;2011年10期

相关博士学位论文 前1条

1 姚震;并行程序设计模型若干问题研究[D];中国科学技术大学;2006年

相关硕士学位论文 前2条

1 伊君翰;基于多核的并行编程模型[D];复旦大学;2008年

2 王X;基于多核的并行程序设计及优化[D];南京大学;2012年

本文编号：2549896