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.     

Web Cache在矿产预测Web GIS中的应用与研究

利用Web Cache均衡Internet上大流量的请求以减轻Web站点压力的优点，将Web Cache技术与WebGIS技术相结合，一方面对Web Cache技术的概念、使用方法进行了阐述，另一方面以综合矿产预测在Web上的三维可视化为例，对如何提高基于WebGIS的综合矿产预测三维可视化站点性能问题进行了探讨。研究表明，在综合矿产预测三维可视化的WebGIS站点中应用Web Cache技术会从多方面大幅提升系统性能。     

数据备份服务器备份性能分析

针对数据备份服务器备份性能优化问题,分别对实时数据存储与历史数据备份之间的关系、数据备份服务器所备份的数据类型非唯一性、客户数量对备份服务器备份效率的影响三方面进行初步的测试与分析,提出了通过优化数据块的选取、优化数据采集方式、优化备份策略提高备份服务器备份效率的基本方法.     

ArcIMS的性能优化及高可用性配置研究

基于ArcIMS可以在Web上建立稳定的、高性能的GIS服务,着重阐述了如何最大程度地利用ArcIMS的技术优势,通过Web传送地图及其数据,如何配置ArcIMS系统以减少因为故障停机的概率,以及如何调整空间数据和地图服务来提高地图服务的性能.最后进行了网络评估和多任务机制分析,为不同的应用提供了不同的解决方案.     

分布式地理信息系统的负载平衡

首先论述了分布式空间数据库的特征,并根据这些特征简单介绍了一个分布式地理信息系统结构,然后比较深入地介绍了负载平衡及其相关算法等内容,并在设计的系统原型中实现了分布式地理信息系统各节点的负载平衡,最后讨论了如何在分布式地理信息系统中运用负载平衡理论来提高系统的性能。     

基于网格的地理空间数据传输策略研究

地理空间数据传输是构建网格GIS的基础。从网格GIS服务的构建、地理空间数据传输协议、地理空间数据传输格式、地理空间数据传输安全机制以及地理空间数据传输速度等方面,对网格在地理空间数据传输中的应用进行研究,提出基于Grid的地理数据网络传输策略。最后通过网络评估和网络负载平衡,提出GridFTP与HTTP协议相结合的地理空间数据快速传输方案。     

进程迁移自适应动态负载平衡算法的研究与实现

针对进程迁移策略中负载分量的可靠性问题,提出一种新型的自适应动态负载计算算法。通过等比运算和偏差运算,抑制负载变化幅度,延迟迁移响应,为迁移决策提供更准确的依据。通过源负载和目标负载的平滑确定迁移关系,避免进程迁移的盲目触发和迁移颠簸现象,有效提高进程迁移系统的适应性和稳定性。实验结果表明,算法具有很好的通用性和工程实用价值,计算开销极小,可以应用于多数基于负载评估的分布式调度系统。     

集群环境下的影像并行匹配算法

遥感影像的快速匹配是3维信息实时获取的关键,而采用并行处理技术能够有效地解决匹配的速度问题.在对基于概率松弛的匹配算法进行分析的基础上,结合集群并行计算平台的特点,从负载平衡和数据通信两个方面出发,对并行匹配算法中的数据划分关键问题进行了深入讨论,提出一种负载平衡的并行匹配算法.实验结果证明,该算法能够达到计算节点的负载平衡,通信开销更小,适合在集群计算平台进行高性能影像匹配处理.     

开放式Internet地图服务体系结构设计与应用

传统的Internet地图服务软件使用复杂,开发难度大,只能使用特定格式的数据,难以满足大负荷运转。提出了一种开放式的体系结构,具有使用简便、易于扩展、可以充分发挥地图引擎能力的优点。通过该体系结构,可以实现多服务器群集、动态负载平衡、编译执行、直接HTTP响应、多级缓存、多地图引擎支持、集中化管理等功能,从而使用户快速发布大数据量、不同来源的地图数据成为可能。该体系结构应用于软件开发实践中,取得了良好的效果。     

大范围3DCM场景实时并行绘制的任务划分及策略

针对三维城市模型(3DCM)场景并行绘制的几何图元分布特性,利用动态负载平衡算法实现3DCM场景绘制任务划分和分配.给出了负载平衡性能的一种度量权,提出一种递归划分算法:即把按顺序执行的任务集,根据其子任务间潜在的并行性,划分成若干个可并发执行的任务子集,并把每个子集分配给处理机,使各处理机之间的数据通信量尽可能同步,同时兼顾各处理机之间的负载平衡,从而实现了一种新的负载平衡算法.