基于PC机群的并行环境构建和离散小波变换实现.pdf

基于PC机群的并行环境构建及离散小波变换实现1 龙志君 袁荣湘 陈允平 武汉大学电气工程学院（430072） E-mail：longzj_wh@ 摘 要：介绍一种用于高性能计算的并行环境 PC机群，从硬件平台和软件环境两个方面讲 述了它的构建方法，介绍了 MPICH 并行环境的使用方法，并且在所搭建的 PC 机群环境下实 现了离散小波变换，对串行和并行算法的结果进行了比较。 关键词：PC机群 并行环境 离散小波变换 1 引言 第一台计算机问世已经半个世纪了，在这期间计算机技术经历了五次更新换代。更新换 代的标志主要有两个：一个是计算机的硬件，另一个是系统体系结构。随着系统体系结构的 不断改进，许多重要概念不断提出并且得到实现，推动计算机技术向更高层次发展。从早期 的变址寄存器、微程序设计、系列机、基于总线的多 CPU 系、向量处理机等概念，发展到 64位 RISC 处理器、基于 SMP、MPP、NUMA、机群等并行处理系统。目前，机群已经成为并行 计算的主要应用平台。用于并行计算的机群系统主要有两类：共享存储的机群系统和分布式 存储的机群系统。PC 机群就是一种基于分布式存储器的多机系统，它由多台同构或异构的 计算机组成，通过网络连接起来协同完成特定的任务，在实际应用中有很高的性能价格比。 本文主要介绍 PC 机群并行环境的构建方法及在此环境下的小波变换实现。 2 硬件环境的构建 PC 机群系统从结构上可分为开放式机群系统(Exposed cluster)及封闭式机群系统 (Enclosed Cluster)。 在开放式机群系统中，机群系统的内部通讯与非机群系统的计算机共享公用的通信设 施。开放式机群系统具有以下的特点： 1）机群内部节点间的通信必须是基于消息的通信，因为其所共用的标准通信设施总 是采用消息传递的通信方式； 1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20020486045 ）资助 -1- 2）在共用的标准通信设施中，为保证网络传输的可靠性，采用了十分复杂的软件协 议(如 TCP/IP 协议)，大大增加了网络流量，使通信的开销很大。 3)实现比较容易，硬件成本低。 与开放式机群系统相比，封闭式机群系统有以下特点： 4) 机群内部的通信，在通信规范上既可以采用标准的通信规范，也可以采用非标准 的通信规范，在通信方式上既可以采用消息传递，也可以采用共享存储器、共享 磁盘等其它通信方式； 5) 机群内部节点间的通信开销可以很低，因为封闭式机群内部通信的可靠性要比开 放式机群内部通信的可靠性高，因此不必采用复杂的软件协议，只采用简单的通 信协议即可保证机群内部通信的可靠性； 6) 实现相对复杂，硬件成本高。 从以上的分析可以看出，虽然开放式 PC 机群系统的网络的网络通讯效率不高， 但硬件成本比较低，比较适合一般单位开展并行计算。本文构建的就是开放式 PC 机 群系统，节点机由普通的 PC 机承担，通信网络使用基于 TCP/IP 协议的以太网。 3 软件平台的构建 3.1 操作系统和并行环境的选择 90 年代末期，Linux 操作系统不断走向成熟，它的健壮性不断增强，并且提供 了 GNU 软件和标准化的 PVM、MPI 消息传递机制，最重要的是 Linux 在普通PC 机上 提供了对高性能网络的支持，这样就大大推动了基于 Linux 的集体系统的发展。它 有如下特点： 1）廉价：与 Windows 以及其它商品化 Unix 操作系统相比，Linux 的一个显而易见 的优势就是廉价。硬件的花销加上很少的软件费用就可以拥有一个 PC 工作站或 服务器，这方面显然是其它操作系统无法比拟的。而且 Linux 对于硬件的要求