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基于消息传递的并行计算环境设计与实现

作　者: 张帆
导　师: 袁道华
学　校: 四川大学
专　业: 计算机应用
关键词: 机群系统并行计算消息传递
分类号: TP338.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 346次
引　用: 4次
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内容摘要

随着计算机硬件系统以及网络技术的快速发展,从PC到工作站集群等可扩展计算机集群正逐步成为高性能和大规模计算的标准平台之一。如何更有效的开发工作站集群的计算能力的想法已经在高性能计算领域内得到了高度重视,集群计算已经被认为是未来解决大小科学和商业计算的主流方案。而如何发挥出集群系统的强大计算能力,这需要许多软、硬件环境的支持。基于消息传递机制的并行计算环境为这种高性能集群计算提供了强有力的支持。这是因为并行计算环境使用多计算机来求解问题,它比使用单一计算机的计算速度要快,因为多计算机比单计算机拥有更大的总存储容量和处理能力。而消息传递机制为并行计算环境提供一种方便且强大的通信机制。在本文中,我们根据并行计算的基本原理,独立设计并实现了一种基于消息传递的并行计算环境。它采用了多计算节点加管理控制节点的系统架构。系统中存在一个主服务器(管理控制节点),其主要负责对系统中其它多台从服务器(计算节点)进行管理和控制。此外,主、从服务器之间还进行各类数据消息的发送和接收。为了实时地了解系统中各从服务器的运行状况,我们设计了一个独立的性能监视器,它定期收集从服务器的各项负载信息,并发送给主服务器,主服务器根据收集到的从服务器的负载情况对客户作业进行调度。当客户机向系统发出并行计算请求时,主服务器将接受客户提交的主计算任务,并根据调度策略选择合适的从服务器来处理主计算任务所派生的子任务。另外,为了方便并行程序开发人员完成基于本并行计算系统的并行程序的开发,我们还提供了它的编程接口。本文所做的主要工作如下:1.分析了并行机和集群系统的系统结构、模型以及它们的软件平台;

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-10
1. 引言  10-11
  1.1 背景  10
  1.2 课题目的和意义  10-11
  1.3 论文结构  11
2. 并行机与集群系统概述  11-20
  2.1 并行机平台和模型  11-15
    2.1.1 并行机的发展  11-12
    2.1.2 并行机系统结构  12-14
    2.1.3 并行机模型  14
    2.1.4 物理机模型  14-15
  2.2 集群系统  15-20
    2.2.1 集群的相关特点  15-17
    2.2.2 集群系统的体系结构  17-18
    2.2.3 体系结构比较  18-19
    2.2.4 集群机群软件平台  19-20
3. 并行编程概述  20-33
  3.1 并行编程综述  20-23
    3.1.1 并行编程为何艰难  20-21
    3.1.2 并行编程方法  21
    3.1.3 进程、任务和线程  21-23
  3.2 并行性问题  23-24
    3.2.1 静态和动态并行性  23-24
    3.2.2 任务分配  24
  3.3 并行编程环境  24-26
    3.3.1 并行编译器  24-25
    3.3.2 消息传递编程环境  25
    3.3.3 虚拟共享存储  25-26
    3.3.4 并行语言  26
    3.3.5 并行的面向对象编程  26
  3.4 消息传递并行编程  26-29
    3.4.1 消息传递编程基础  26-27
    3.4.2 消息传递编程的特征  27
    3.4.3 消息传递编程  27-29
  3.5 并行程序的时间评估  29-30
  3.6 并行程序的调试  30-31
  3.7 并行编程模型  31-33
4. 并行计算环境的设计与实现  33-62
  4.1 概述  33-34
  4.2 系统框架  34-35
  4.3 系统特点  35-36
  4.4 支持的并行编程模型  36
  4.5 模块功能  36-40
    4.5.1 Master 主服务  36-38
    4.5.2 Slave 从服务  38-39
    4.5.3 性能监控器  39
    4.5.4 API 接口库  39-40
    4.5.5 用户作业  40
  4.6 模块内部结构  40-42
    4.6.1 Master 的结构  40-42
    4.6.2 Slave 的结构  42
    4.6.3 性能监视器的结构  42
  4.7 任务提交、派生和分配实现  42-47
    4.7.1 主任务提交  43-44
    4.7.2 子任务派生  44-47
    4.7.3 子任务分配方式  47
  4.8 消息通信实现  47-59
    4.8.1 消息机制  47-48
    4.8.2 消息缓冲区  48-49
    4.8.3 消息缓冲区控制  49-50
    4.8.4 主任务与Master 通信  50-52
    4.8.5 Master 与Slave 通信  52-53
    4.8.6 Slave 与子任务通信  53-55
    4.8.6 Monitor 通信  55-56
    4.8.7 Socket 通信封装  56-59
  4.9 启动运行方式  59-60
    4.9.1 Master 启动方式  59
    4.9.2 Slave 启动方式  59-60
    4.9.3 Monitor 启动  60
    4.9.4 作业启动  60
  4.10 部署需求  60-62
    4.10.1 硬件环境  60-61
    4.10.2 软件配置  61-62
5 基于本系统的编程模式  62-64
  5.1 需要考虑的问题  62-63
  5.2 应用编程模式  63-64
6 实例及性能测试  64-70
  6.1 概述  64
  6.2 硬件环境  64-65
  6.3 软件环境  65
  6.4 矩阵乘法算法  65-66
  6.5 矩阵串行计算  66-67
  6.6 矩阵并行计算  67-68
  6.7 实验过程  68
  6.8 实验结果  68-70
7. 结束语与将来的工作  70-72
参考文献  72-75
作者研究生期间的科研成果简介  75-77
致谢  77

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