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文檔簡介
1、隨著高性能計算機系統(tǒng)的快速發(fā)展,并行計算已經(jīng)成為科學(xué)和工程計算的基本支撐技術(shù)。負(fù)載平衡問題是并行計算研究的基本問題。尤其在數(shù)百個處理器以上規(guī)模的并行計算中,負(fù)載平衡問題是影響并行程序性能的關(guān)鍵。
長期以來,負(fù)載平衡算法的研究比較廣泛。但是,結(jié)合當(dāng)前高性能計算機的發(fā)展和實際應(yīng)用的需求,并行計算對負(fù)載平衡提出了新的要求。一方面,新的數(shù)值計算方法和高性能算法具有新的負(fù)載特征,需要構(gòu)造相應(yīng)的新的負(fù)載平衡算法;另一方面,許多重要的關(guān)鍵應(yīng)
2、用(例如:武器物理、天氣預(yù)報、流體力學(xué)、慣性約束聚變等)需要在數(shù)百上千個處理器上進(jìn)行并行模擬,而這種大規(guī)模應(yīng)用對負(fù)載平衡研究提出了新的挑戰(zhàn),很多現(xiàn)有的負(fù)載平衡算法無法適應(yīng)。因此,結(jié)合高性能計算機系統(tǒng)的特征和實際應(yīng)用特點,設(shè)計適應(yīng)數(shù)百上千個處理器的負(fù)載平衡算法是當(dāng)前并行計算研究的一個重要前沿課題。
負(fù)載平衡算法的研究需要結(jié)合實際應(yīng)用的負(fù)載特征來進(jìn)行。根據(jù)負(fù)載分布的特征,并行應(yīng)用可分別用靜態(tài)負(fù)載模型、動態(tài)負(fù)載模型、多約束負(fù)載模型等
3、模型來描述,負(fù)載平衡算法可以針對不同的模型來進(jìn)行。本文針對這些模型,在數(shù)百上千個處理器上,對負(fù)載平衡算法進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究,取得了如下創(chuàng)新成果:
一、針對實際應(yīng)用中具有普適性的靜態(tài)負(fù)載模型,本文使用圖排序的思想,構(gòu)造了基于最小線性排序的負(fù)載平衡算法。本文算法作為一種最小線性排序算法,與現(xiàn)有其他算法相比,執(zhí)行速度較快,排序質(zhì)量較高。在國產(chǎn)MPP并行機上,上千個處理器上的并行數(shù)值實驗驗證了算法的有效性。
二、針對復(fù)雜數(shù)
4、值模擬應(yīng)用中普遍存在的動態(tài)負(fù)載不平衡問題,在現(xiàn)有動態(tài)負(fù)載模型的基礎(chǔ)上,提出了圖重排序模型,該模型能更好地描述負(fù)載的動態(tài)特征。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)造了基于圖重排序的負(fù)載平衡算法。新算法彌補了在處理動態(tài)負(fù)載模型時,基于最小線性排序的算法不能顯式控制數(shù)據(jù)遷移開銷這個缺點。數(shù)值試驗說明了圖重排序模型和動態(tài)負(fù)載平衡算法的有效性。
三、多約束負(fù)載模型來源于多個方面,一方面現(xiàn)代高性能計算機的多級存儲結(jié)構(gòu)中速度和容量的差異要求應(yīng)用程序同時平衡計算量
5、與存儲需求,另一方面多階段模擬的多個計算過程需要同時平衡計算量。本文使用迭代法的思想,構(gòu)造了一維多約束負(fù)載平衡算法。理論分析和上千個處理器上的并行數(shù)值實驗驗證了算法的有效性。這種算法與圖排序算法結(jié)合,可以處理一般的多約束負(fù)載模型,從而推廣了基于圖排序的負(fù)載平衡算法的使用范圍。
四、自適應(yīng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格并行計算是科學(xué)計算中的重要方法。它的內(nèi)在多尺度性造成其負(fù)載平衡問題具有巨大的難度。本文構(gòu)造了一種刻畫自適應(yīng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格并行計算負(fù)載特征的模
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