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并行计算在海洋水龄谱模拟中的应用研究

作　者: 周伟
导　师: 黄伟建
学　校: 河北工程大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 消息传递接口开放式多处理混合并行并行系统水龄谱
分类号: P731
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 26次
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内容摘要

通过研究水龄和水龄谱，可以使海洋环境学家理解该变化对水体输运过程所产生的潜在影响，对于保障沿海地区的可持续发展具有重要的理论和现实意义。目前，在水龄谱数值模拟研究中多采用串行计算模型，由于该模拟的数据和计算量较大，导致系统运行效率较低，特别是对于大规模的水龄谱数值模拟，过低的运算效率甚至会影响到研究的正常进行。在水龄谱模拟过程中应用并行计算技术，可以提高模拟速度，从而提高研究效率，同时对并行计算技术在海洋数值模拟领域的应用和发展也具有重要作用。本文的研究得到了国家自然科学基金项目“渤海多源水龄和水龄谱数值研究（41176007）”的支持。本文将适用于分布式存储环境的消息传递接口（Message Passing Interface，MPI）与适用于共享存储环境的开放式多处理（Open Multi-Processing，OpenMP）两种并行计算技术相结合，提出了一种适用于海洋水龄谱数值模拟的混合并行计算模型，并将该模型应用于渤海水龄谱数值模拟当中进行了实验研究，本文的主要工作如下：(1)实现了水龄谱数值模拟的并行化。在对水龄谱数值模拟过程进行介绍和分析的基础上，结合MPI和OpenMP两种并行计算技术，实现了水龄谱数值模拟的混合并行计算。相对于单一并行技术的模型，混合模型更加适合多核心集群计算机系统。(2)将混合并行水龄谱模型应用于渤海水龄谱数值模拟当中，模拟了渤海水龄谱，并对比了串行算法的结果以验证混合模型的可靠性。在此基础上，对混合模型的运算效率进行了测试，并与传统的纯MPI模型进行了对比。(3)为了进一步了解混合水龄谱模型的可扩展性，研究了模型的系统内存资源使用情况。实验结果表明，MPI+OpenMP混合并行水龄谱模型能够显著提高水龄谱模拟的运算效率，且相对于传统的纯MPI方式具有更高的运算速度和更低的系统资源消耗。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-15
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 本文研究的主要内容  13-14
  1.4 论文结构安排  14
  1.5 本章小结  14-15
第2章并行计算理论基础  15-30
  2.1 并行计算的概念  15
  2.2 并行计算机概述  15-22
    2.2.1 并行计算机发展历史  15-16
    2.2.2 并行计算机体系结构  16-21
    2.2.3 多核心集群系统  21-22
  2.3 并行编程环境  22-28
    2.3.1 MPI 简介  23-27
    2.3.2 OpenMP 简介  27-28
  2.4 并行程序性能评估方法  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章串行程序分析  30-36
  3.1 水龄谱数值模拟原理  30-31
  3.2 实验区域介绍  31-33
  3.3 串行水龄谱模型  33-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章并行模型实现  36-57
  4.1 并行的可行性分析  36-38
  4.2 基于混合并行计算的水龄谱数值模型  38-48
    4.2.1 外层 MPI 并行的实现  39-41
    4.2.2 内层 OpenMP 并行的实现  41-47
    4.2.3 水龄谱计算模块的实现  47-48
  4.3 混合并行与纯 MPI 并行方式的对比  48-51
  4.4 实验环境和方法  51-56
  4.5 本章小结  56-57
第5章实验结果和效率分析  57-64
  5.1 实验结果  57-59
  5.2 运算效率分析  59-61
  5.3 系统资源消耗分析  61-63
  5.4 并行程序设计的经验总结  63
  5.5 本章小结  63-64
结论  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-70
作者简介  70-71
发表论文和参加科研情况说明  71-72

并行计算在海洋水龄谱模拟中的应用研究

内容摘要

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