基于SMP机群的并行编程模型的研究应用与优化-计算机技术专业论文.docxVIP

摘要 随着科学技术的不断发展，各个领域对于大规模数据处理的需求日益增长，这极大的 促进了并行计算的发展，同时高性能计算机也因此越来越受到广泛的应用，其中 SMP 机 群因为具有较高的性价比和良好的可扩展性以及可用性等特点备受欢迎，成为当前并行计 算机领域中的主流结构，也成为了高性能计算领域的研究重点。本文的主要研究内容就是 SMP 机群以及适用于该体系结构的编程模型，并提出了优化措施。 本文首先介绍了课题的研究背景以及并行计算技术和并行计算机体系结构的发展。随 后介绍了几种当代流行的并行计算机系统，对其结构和特点进行了详细分析，同时对当前 主流的并行编程模型进行了介绍。接着对本文的重点进行了详细研究和分析：SMP 机群及 适用于 SMP 机群的并行编程模型。论文中对 SMP 机群的体系结构做了详细分析，SMP 机 群结合了 SMP 系统和机群系统的优点，它以 SMP 作为节点，内部采用共享存储的结构， 而节点之间则采用分布存储的结构，在 SMP 机群上可以充分利用共享存储编程模型和分布 存储编程模型进行编程。其中 OpenMP 和 MPI 作为两种编程模型的代表同样是本文的研究 重点，针对 SMP 机群特殊的体系结构，介绍了一种 MPI+OpenMP 的混合编程模型，并给 出了混合编程模型的结构、实现机制以及其优势，分析了 MPI+粗粒度 OpenMP 和 MPI+细 粒度 OpenMP 的两种并行化方式的优缺点，同时提出了一些优化措施，进一步提高混合编 程模型的性能。 本文的实验部分首先介绍了实验的软硬件环境，然后介绍了实验部分进行性能评测的 方法，实验重点是实现了 N 体问题的 PP 算法的并行程序设计。针对这个问题设计了相应 的 MPI 程序和 MPI+OpenMP 混合程序，并对混合编程进行了优化，最后将程序在曙光 TC5000 机群上对程序进行了测试。通过测试获得程序的执行时间进而求得加速比，证明 了在一定情况下混合编程模型是可以通过优化进一步提高性能的，对比分析得出在 SMP 机群上 MPI+OpenMP 混合编程模型要好于纯 MPI 编程模型。论文的最后对前面的主要研 究内容进行了概括，并对下一步可进行的工作进行了展望。 关键词：SMP 机群；MPI+OpenMP；混合编程模型；并行编程 Abstract With the development of science and technology, the demand for large-scale data processing of every fields is increasing. And this has greatly promoted the development of parallel computing. At the same time, the high performance computer is widely used. Among them, SMP cluster is the most popular computer system because it has high performance with low price, good scalability and availability. For this reason SMP cluster become the mainstream in the field of parallel computer architecture and a research focus in the field of high performance computing. The SMP cluster and programming model suitable for the cluster architecture is the main research contents of this paper. And put forward the optimization measures. Firstly, this paper introduces the research background and the development of parallel computing and parallel computer architecture. Then introduced several contemporary popular parallel computer systems, and analyzed the structure and characteristic of them. At the same time, the current mainstr