混合并行计算在海洋水质预报系统中的应用研究

发布时间：2017-10-05 11:47

  本文关键词：混合并行计算在海洋水质预报系统中的应用研究

  更多相关文章： 水质预报 消息传递接口 开放式多处理 混合并行 并行效率

【摘要】：随着海洋各方面数据的完善及空间分辨率的提高，水质预报系统的计算量也越来越大。短期预报系统的串行程序运行效率都很低，如果延伸至更长时间的预测，执行时间上将会更长，这不仅造成时间的浪费，更严重的甚至会影响到水质的预报工作。而在多核心集群运行纯MPI(Message Passing Interface，消息传递接口)并行系统对内存开销大、扩展性差，且不能充分利用集群系统的硬件资源。 在胶州湾水质预报系统中运用混合并行计算技术，可大大提高系统运算速度，具有较高的运行效率，对混合并行技术进一步应用到更多的海洋数值模拟中有重要作用。 MPI并行技术是分布式存储体系结构环境中理想的并行方式，开放式多处理OpenMP(Open Multi-Processing)是适用于共享存储体系结构的并行技术，且在科学计算方面占据统治地位。针对多核心集群，本文将MPI技术与OpenMP技术相结合，提出了一种MPI+OpenMP混合并行编程模型，，并将其应用于胶州湾水质预报系统中的水质模块当中，本文的主要工作如下： (1)对胶州湾水质预报系统的串行程序和基于MPI非阻塞通信的水质模块并行程序进行了详细的分析，在此基础上，分析了纯MPI并行模型的不足之处，提出了对胶州湾水质预报系统中水质模块并行的改进方案——MPI+OpenMP混合并行模型。 (2)在对胶州湾水质预报系统进行介绍和分析的基础上，使用MPI+OpenMP混合并行技术实现了水质模块的并行。相对于纯MPI的并行系统，混合并行模型更加适合多核心集群系统。 (3)将并行了水质模块的混合并行预报系统运行结果与串行系统进行对比，验证了混合并行模型的可靠性。测试了混合并行模型的运算效率，并与纯MPI的非阻塞通信并行系统进行了对比，体现了混合并行模型的更优性。 实验结果表明，MPI+OpenMP混合并行模型能够显著提高水质模块运算的执行效率，且相对于纯MPI非阻塞通信并行方式具有更高的加速比和可扩展性。
【关键词】：水质预报 消息传递接口 开放式多处理 混合并行 并行效率
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP338.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 本研究的主要内容12
• 1.4 论文结构安排12-13
• 1.5 本章小结13-14
• 第2章 并行计算技术简介14-29
• 2.1 并行计算的概念14
• 2.2 并行计算机14-21
• 2.2.1 并行计算机发展历史14-15
• 2.2.2 并行计算机体系结构15-20
• 2.2.3 多核心集群系统20-21
• 2.3 并行编程环境21-28
• 2.3.1 MPI 简介21-23
• 2.3.2 OpenMP 简介23-25
• 2.3.3 MPI 、OpenMP 优缺点分析25-26
• 2.3.4 MPI+OpenMP 混合模型26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 串行及纯 MPI 程序分析29-37
• 3.1 水质预报系统简介29-31
• 3.1.1 实验区域介绍29-30
• 3.1.2 胶州湾水质预报系统框架简介30-31
• 3.2 串行程序分析31-34
• 3.3 纯 MPI 程序分析34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 混合并行模型实现37-51
• 4.1 程序并行的可行性分析37-39
• 4.2 实验环境39-42
• 4.3 基于 MPI+OPENMP 的混合并行方案的设计42-50
• 4.3.1 实现混合并行的理论依据42-44
• 4.3.2 混合模型的代码实现44-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 实验结果和性能分析51-56
• 5.1 并行计算性能评估指标51-52
• 5.2 混合并行模型性能分析52-55
• 5.3 并行程序设计的经验总结55
• 5.4 本章小结55-56
• 结论56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-63
• 作者简介63
• 发表论文情况说明63-64

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本文编号：976640