结构网格CFD程序的并行I/O技术研究

发布时间：2023-04-10 01:23

　　计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)采用数值方法求解流体运动控制方程,获得流场参数,涉及流体力学、计算数学、计算机等多个学科。当前,CFD已广泛应用到飞机、火箭、飞船等航空航天器及汽车、列车等地面交通工具设计当中,CFD也发展成为典型的高性能数值计算应用领域。CFD计算涉及大量数据访问,在大规模并行计算情况下,串行I/O的性能与计算能力不匹配,I/O成为性能瓶颈。并行I/O是解决这一问题的主要途径之一本文针对CFD并行计算对I/O性能的需求,开展了并行I/O技术的研究及在实际CFD程序中的编程实现工作。论文主要工作包括：(1)研究了基于普通文件格式(Native方式)的并行I/O技术。针对一个求解微可压低速流动问题的三维结构网格CFD并行程序LM3D,设计实现了Native方式的单块结构网格并行I/O方法。针对一个高阶精度结构网格CFD程序HOSTA,研究其主要数据的并行I/O技术,实现了两种基于Native方式的多区结构网格数据并行I/O方法：1)所有进程参与读写多个普通文件；2)部分进程参与读写多个普通文件。测试表明,针对网格规模1.0...

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【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 计算流体力学简介
    1.3 并行I/O研究现状
    1.4 研究内容
    1.5 论文结构
第二章 并行I/O背景技术介绍
    2.1 并行I/O概述
    2.2 并行I/O结构
        2.2.1 磁盘阵列概述
        2.2.2 磁盘连接计算节点
        2.2.3 I/O设备直接连接网络
        2.2.4 独立的I/O节点
    2.3 并行I/O方式
    2.4 并行文件系统
    2.5 消息传递编程模型与MPI
        2.5.1 消息传递编程模型
        2.5.2 MPI概述
        2.5.3 MPI的并行I/O编程接口——MPI-IO
    2.6 HDF5简介
        2.6.1 HDF5数据格式构成
        2.6.2 HDF5数据格式特点
        2.6.3 HDF5应用程序接口
    2.7 本章小结
第三章 基于Native方式的结构网格CFD程序并行I/O技术
    3.1 HOSTA的数据文件I/O需求
    3.2 HOSTA中的数据I/O特点
    3.3 Native方式并行I/O算法设计
        3.3.1 单块结构网格的Native方式并行I/O算法流程
        3.3.2 多区结构网格的Native方式并行I/O算法流程
    3.4 Native方式并行I/O算法性能分析
        3.4.1 实验环境
        3.4.2 测试结果
    3.5 本章小结
第四章 基于HDF5的结构网格CFD程序并行I/O技术
    4.1 数据模型构建
        4.1.1 单块结构网格的HDF5格式数据模型
        4.1.2 多区结构网格的HDF5格式数据模型
    4.2 文件创建
        4.2.1 数据类型
        4.2.2 数据空间
    4.3 数据读写
        4.3.1 数据的选择
        4.3.2 数据的传输
        4.3.3 数据的读写
    4.4 基于HDF5的并行I/O算法流程
        4.4.1 单块结构网格的HDF5聚合并行I/O算法流程
        4.4.2 多区结构网格的HDF5独立并行I/O算法流程
    4.5 单块结构网格的Native和HDF5方式并行I/O算法性能测试
        4.5.1 实验环境
        4.5.2 测试结果
    4.6 多区结构网格的HDF5方式并行I/O算法性能测试
    4.7 本章小结
结束语
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果



本文编号：3788075