基于MPI和OpenMP的2.5维CSAMT正反演混和并行算法的研究

发布时间：2017-10-07 01:33

  本文关键词：基于MPI和OpenMP的2.5维CSAMT正反演混和并行算法的研究

  更多相关文章： MPI OpenMP 混合并行算法 CSAMT 动态任务规划 2.5维正反演

【摘要】：随着大地电磁勘探法的不断发展，传统计算方法对于计算机性能的要求越来越高。纯二维的正反演计算不能很好地模拟实际地形，纯三维的正反演计算计算量过大很难投入实际生产，因此2.5维正反演受到了越来越广泛的关注。另一方面，并行计算的技术也取得了很大的进步，应用在很多大计算量领域，因此，本文将并行方法应用在2.5维电磁场正反演计算上。 针对带地形的复电阻率2.5维可控源音频大地电磁法(CSAMT)正反演串行计算过慢的问题，本文提出并实现了若干基于CPU多核多线程的OpenMP和基于分布式的MPI的混合并行正反演计算方法。为了提高并行计算的效率，实现多个计算单元的负载均衡，本文实现了一种基于预判的动态任务规划方法。基本正演并行算法最高达到了7.8倍的加速比，使用动态任务规划方法后，效率提升至17.19倍；反演并行算法最高达到了2.83倍的加速比。 正演计算中，对计算进行了两层并行分解，外层的频率域循环进行MPI并行分解，主进程将任务分配给协同计算的多个进程上，各进程独立计算后将结果返回到主进程进行合并处理和余下的计算，各进程内部再对内层的波数域循环进行OpenMP并行分解，多个CPU线程共同独立计算不同的波数下的场值，通过对共享变量和私有变量的设置，来实现协同并行计算。 反演计算中，本文采用了OpenMP方法对反演计算中的反演循环的频率域进行了并行分解，采用多个线程同时计算不同频率下的反演场值，再通过其数据共享方法将得出的场值处理从而得出反演的最终结果。 为了提高并行效率，充分发挥多进程和多线程的并行计算能力，本文在进行任务分解时，采用了动态任务规划的方法，按照PC集群各个节点的最大计算能力分配任务，使得各节点进程和线程的计算时间大致相当，实现了动态负载均衡，缩短了进程和线程的空闲等待时间，提高了并行效率。 最后，，通过对不同集群下的多组实验模型的测试，论证了本文提出并行算法的正确性与效率，并对本文算法的优势进行了总结。实验结果表明，本文算法不仅能够达到与串行算法同样的精度，而且获得了接近总计算单元数目的线性加速比，在算法中使用动态任务规划方法分配任务，则能获得更短的计算时间和更高的并行效率。
【关键词】：MPI OpenMP 混合并行算法 CSAMT 动态任务规划 2.5维正反演
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP338.6
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 2.5 维 CSAMT 正反演的并行算法研究现状12-14
• 1.3 本文结构14-15
• 1.4 本文主要工作15-16
• 第2章 基于 MPI 和 OpenMP 的并行计算16-30
• 2.1 MPI 并行方法17-24
• 2.1.1 MPI 简介17-18
• 2.1.2 MPI 并行程序设计18-24
• 2.1.2.1 MPI 并行程序结构18-19
• 2.1.2.2 MPI 基本函数19-22
• 2.1.2.3 MPI 通信22-24
• 2.3 OpenMP 并行方法24-28
• 2.3.1 OpenMP 的原理与特征25-26
• 2.3.2 OpenMP 并行程序设计26-28
• 2.4 MPI+OpenMP 混合并行算法28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 2.5 维 CSAMT 正反演并行算法30-43
• 3.1 2.5 维 CSAMT 正演并行算法30-38
• 3.1.1 正演串行算法分析31-32
• 3.1.2 2.5 维 CSAMT 正演并行算法基本思想32-35
• 3.1.3 动态任务规划35-38
• 3.1.3.1 基于 MPI 的动态任务规划35-37
• 3.1.3.2 OpenMP 的动态任务规划37-38
• 3.2 2.5 维 CSAMT 反演并行算法38-42
• 3.2.1 反演串行算法分析39
• 3.2.2 2.5 维反演并行算法基本思想39-42
• 3.2.3 正反演并行计算的比较42
• 3.3 本章小结42-43
• 第4章 实验与评测43-55
• 4.1 正演并行算法实验评测43-51
• 4.1.1 正演并行算法的准确性验证44-46
• 4.1.2 正演并行算法的效率实验46-51
• 4.1.2.1 MPI 正演并行算法实验47-48
• 4.1.2.2 OpenMP 正演并行算法实验48-49
• 4.1.2.3 MPI+OpenMP 正演混合并行算法实验49-51
• 4.2 反演并行算法实验评测51-54
• 4.2.1 反演并行算法的准确性实验52-53
• 4.2.2 反演并行算法的效率实验53-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第5章 总结与展望55-56
• 5.1 总结55
• 5.2 展望55-56
• 参考文献56-60
• 作者简介及在学期间所取得的的科研成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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中国博士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：986203