分布式并行网格生成软件框架研制及其应用

发布时间：2021-02-12 20:47

　　网格是计算流体动力学（CFD）模拟的输入,网格的大小和质量都会对模拟结果造成影响。随着高保真模拟技术的不断发展,CFD计算网格的规模越来越大,这对交互式网格生成软件的开发提出了巨大的挑战。目前主流的桌面CFD端交互式网格生成软件普遍存在以下不足:受主机计算资源的限制,个人电脑的计算能力是十分有限的,难以满足大规模CFD应用对网格量的巨大需求。为了解决这一问题,本文基于现有网格生成软件（NNW-GridStar）的框架模式,融合服务型软件的客户端/服务器模式,并利用消息中间件技术,提出了一种分布式并行网格生成软件框架PadMesh,作为后续开发各种交互式网格生成软件（如结构化的、非结构化的和笛卡尔的）的基础软件架构。论文的主要研究内容如下:（1）研究了分布式并行网格生成软件框架所需要的关键技术,包括并行计算技术和消息中间件技术等;在此基础上,设计出一种分布式并行网格生成软件框架（PadMesh）,并利用RabbitMQ实现了网格生成中间件;（2）针对NNW-GridStar软件的并行化,首先提出了结构网格的可视化数据管理和分布式数据存储策略,然后实现了分布式网格读取和网格线并行加密两个基... 

【文章来源】：西南科技大学四川省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

节点网格数据与全局数据的关联方式

2基于消息中间件网格分布生成技术研究7图2-1节点网格数据与全局数据的关联方式解决冗余问题的技术途径是进行信息优化，即只存储必要的全局信息，如CAD数据、网格框架线等，对内存消耗较大的网格点数据，仅在每个节点上存储其自身数据，其他数据如需要则通过计算临时还原，以时间换空间，该处理方式有效地解决了这一问题。经测算，优化后的全局数据量减少了近两个数量级，可以保障在现有节点内存条件下，使用1万亿网格规模的全局信息进行问题处理。2.2.2MPI/OpenMP两级并行网格生成目前，多核、众核、与GPU等共享内存的计算单元已得到外界的普遍应用，但并行网格生成算法研究的主流依旧是基于分布式内存模型的。为填补两者之间的配比失调问题，有研究学者发现了非结构网格生成内在的细粒度并行特性，并基于OpenMP开发基于共享内存结构的多线程并行网格生成算法，继而结合基于MPI的分布式并行网格处理算法，建立适配于主流高性能计算机的分布式共享内存模型的MPI/OpenMP两级并行网格处理模式与程序。该模型的示意图如图2-2所示。图2-2适配于高性能计算机分布式共享内存模型的MPI/OpenMP两级并行网格生成方法在拟建立的两级并行网格处理模式下，每个计算节点分布一个MPI进程，计算节点内部分布与CPU核数相等的OpenMP线程，其优点有二：1因并行算法结构与并行计算机的内存结构高度一致，有利于最大程度优化并行算法的时空效率；2相比纯粹的分布式并行模式，在相同并行度的情况下，两级并行模式所需进程数会减少1至2个

视化显示。该数据叠加操作会重复绘制了极小部分网格数据，在目前的显示硬件条件下，并不会造成太大的困扰，但是，随着网格规模的持续增加，显示效率问题是不可避免的，这一问题需要在今后的技术发展中进行优化改进。如图2-3所示，软件原型采用MVC（model/View/Control）模式，人机交互操作虽然是针对可视化数据进行的，但是需要传回后台各个计算节点的只是控制器层（Control）的各个操作指令，在各个节点对网格数据进行处理，形成新的网格数据后，由模型层（Model）更新可视化数据集，从而完成整个人机交互的操作流程。图2-3MVC模式

【参考文献】：
期刊论文
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[2]CRM-WBPN风洞试验模型数值模拟[J]. 孟德虹,李伟,王运涛,孙岩.  航空学报. 2019(02)
[3]常用数据无损压缩算法分析[J]. 李雷定,马铁华,尤文斌.  电子设计工程. 2009(01)
[4]如何进行数据压缩[J]. 秦飞舟,庄红.  电脑开发与应用. 2008(01)



本文编号：3031409