基于MPI的机群并行计算系统平台构建

在高性能计算机领域,机群并行系统已成为一种重要的系统结构。这里介绍了机群并行系统的特点和发展现状;给出了将PC机或工作站通过高速以太网连接,使用TCP/IP作为标准的通信协议,利用MPI作为分布式的并行计算软件环境,在Windows平台和Unix平台上搭建用户自己的PC机群系统的两种方法;还给出了MPI安装中需要注意的关键步骤。实践表明,PC机群系统具有高性能、高可用性和极高的性价比。     

MPI环境下基于边界校正方法的海洋模型的并行化

基于区域分解技术,设计了一种针对海洋模型的边界校正方法,该方法不需要对原有海洋模型进行较大改动,只需要利用消息传递接口(message passing interface,MPI)编写子区域间的数据传输模块,即可实现原有海洋模型的并行化。相对于重新开发并行系统,该方法能够较快把原有模型的串行解决方案转化为并行解决方案,并且并行化后的海洋模型能够获得较高的加速比。     

省级气象信息共享系统的中间件设计研究

中间件技术屏蔽了底层分布式环境的复杂性和异构性,简化了分布式应用程序的开发,使分布式应用程序的健壮性、可扩展性、可应用性更好。本文通过对各类中间件特点分析和气象信息共享系统的需求分析,确定在气象信息共享系统三层架构中采用IBM WebSphere MQ消息中间件,并通过元数据导航功能实现共享系统中中间件服务器端和客户端的架构设计。      

多用户实时同步协同地图编辑云平台的设计探讨

目前,主流GIS系统对多用户同地同时同一数据源的协同编辑支持还不尽完善,无法满足工程项目中有关分区空间数据的协同生产和更新需求,也不利于团队合作.鉴于此,本文基于按需局部复制实现了数据同步与共享,提出多级锁和基于Socket的消息传递实现并发控制以及"事前"干预与"事后"程序自动化和人工干预相结合的并发冲突消解策略,初步设计了一个支持多用户实时同步协同地图编辑的云平台系统,为促进当前协同GIS的研究和GIS体系架构的发展提供有益尝试.     

省级气象信息共享系统的中间件设计研究

中间件技术屏蔽了底层分布式环境的复杂性和异构性,简化了分布式应用程序的开发,使分布式应用程序的健壮性、可扩展性、可应用性更好.本文通过对各类中间件特点分析和气象信息共享系统的需求分析,确定在气象信息共享系统三层架构中采用IBM WebSphere MQ消息中间件,并通过元数据导航功能实现共享系统中中间件服务器端和客户端的架构设计.     

消息传递接口环境下等高线简化并行计算适宜性研究

基于消息传递接口(message passing interface,MPI),对不同的等高线简化算法并行计算的适宜性进行了比较研究。首先基于时间复杂度分析,对简化算法的效率进行分析。构建了基于MPI的等高线并行计算过程,探讨了并行计算中数据划分与合并、通信方式与计算过程3个关键问题。选取4种典型的简化算法,利用数据量呈等差分布的等高线数据进行简化并行计算试验。试验表明,算法并行计算效率不会随着节点数增加而持续性提高,尤其是串行算法效率很高的算法;基于MPI的非阻塞通信方式相对于阻塞通信方式可以提高并行计算效率;算法约束参数与数据的空间分布特征共同影响算法的并行计算效率。分析简化算法的并行计算适宜性时,应该综合考虑算法的时间复杂度、约束参数、数据量、数据分布特征以及计算环境等多个因素。该研究对于并行计算在地图综合乃至地学计算领域的拓展与应用具有重要意义。     

弹性波方程正演的粗粒度并行算法

波动方程正演在地震资料采集、处理、解释与反演中均能发挥重要作用,但现有的基于求解地震波动方程的正演算法由于受庞大计算量的制约而难于大规模应用于工业生产.本文从二维弹性波动方程出发,研究了利用有限差分法并行求解该方程的基本思路与方法,给出了适于并行求解的计算空间划分方法与通信方案,分析了不同参数条件下并行程序的运行时间、加速比与效率.引入消息传递接口（MPI）实现了弹性波方程的并行求解,极大地提高了数值求解弹性波方程的计算效率.     

GRAPES全球格点模式的并行计算负载平衡策略

随着高性能计算机技术的发展和应用,并行计算已成为保证数值天气预报模式业务运行时效的关键技术之一.目前高性能计算机计算能力已达到每秒千万亿次浮点计算.系统中处理器数量也早已达十万甚至更多,如此巨大的计算资源对应用软件系统的设计也提出了挑战.数值天气预报软件系统要充分利用高性能计算机提供的计算资源,必须依靠并行计算方法,这包括适合计算问题的可扩展并行算法的设计、合适的数据分配方案以及良好的任务负载平衡方案.作为中国新一代数值天气预报格点模式,GRAPES(Global and Regional Assimilation and PrEdiction System)设计的最终目标是一个科研/业务通用,区域/全球通用模式.作为一个格点模式,GRAPES的并行计算具有与欧洲中期数值顶报研究中心谱模式并行计算不同的特点,GRAPES的并行计算采用了经典的水平网格数据划分.但对于全球的GRAPES模式,由于采用拉格朗日差分方案,模式极地及附近区域格点与格点之间距离的减小.使得模式并行计算在采用简单的经纬网格划分方式实现时,必须考虑极地区域并行计算跨越多个处理器时导致的频繁通讯解决途径.本研究提出了利用消息传递组通讯实现全球格点模式并行计算的一种方法,其核心思想是将极点附近一定区域内的处理器按纬向划归不同的处理器组.文中还给出了该实现方法的任务分配算法,提出了改进的任务分配负载平衡方案.在中国气象局高性能计算机IBM-cluster1600上的测试表明,算法具有较好的可扩展性,其负载平衡方案改善了计算的绝对墙钟时间,使并行计算效率提高10%以上.模式的准业务运行结果表明计算墙钟时间基本可以满足数值预报业务的实时性要求.     

基于不规则矩形划分的高效海洋环流数值模式并行算法

使用序列化和不规则矩形划分的方法,开发了基于消息传递接口(MPI)的环流数值模式并行算法,并通过邻近点交换策略(NPES)进一步提升了计算效率。在HP C7000刀片系统上设计了两个实验,数值结果表明,使用了NPES的并行版本(PVN)的计算效率要高于原并行版本(PV)。在第二个实验中当进程数为100时PVN的计算效率仍可达到0.9以上,然而此时PV的计算效率已迅速下降至0.39。并用环流模式的PVN版本对一个高分辨率的区域进行了模拟,效果较好。该算法具备普适性,可用于其它环流模式的高效并行。     

数值预报MAPS模式并行化移植初探

通过武汉区域气象中心数值预报MAPS（Mesoscale Analysis and Process System)模式并行化移植的实例，介绍了如何使用共享内存，消息传递的并行方式进行数值预报模式并行化工作，对不同条件下并行MAPS模式的并行效率进行了比较。结果表明，对数值预报MAPS模式完成程序优化和共享内存方式以及消息传递方式的并行化等工作后，MAPS模式运算时间大为缩短，满足预报业务时效的要求。