異構(gòu)環(huán)境下分層并行通用計算模型的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、大數(shù)據(jù)量的復(fù)雜計算在各個學(xué)科的研究和應(yīng)用中得到越來越廣泛的關(guān)注，并行計算成為提高計算速度的有效方法，相應(yīng)的計算模型在重要的計算應(yīng)用領(lǐng)域中已經(jīng)取得了實質(zhì)進(jìn)步，但并行機、并行模型、并行算法、并行語言的設(shè)計與開發(fā)千差萬別、沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的單一并行計算模型在形式上變得越來越復(fù)雜。因此，以并行計算的一般步驟為理論基礎(chǔ)，以各種并行開發(fā)工具、開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)語言為軟件平臺，以基于機群、多核CPU、多核GPU等不同硬件架構(gòu)的異構(gòu)并行機為硬件支撐

2、，提出一種異構(gòu)環(huán)境下分層并行通用計算模型。模型分為三個階段：程序模型算法設(shè)計階段、并行程序設(shè)計階段、并行程序執(zhí)行階段。
　　 本文基于模型分層并行通用的開發(fā)理念，闡述了程序模型算法設(shè)計階段、并行程序設(shè)計階段、并行程序執(zhí)行階段的架構(gòu)，并設(shè)計了解釋系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)作為溝通各階段的橋梁。首先，程序模型算法設(shè)計階段的并行算法經(jīng)解釋系統(tǒng)的解析生成并行程序設(shè)計階段的并行程序；然后，并行程序經(jīng)過編譯系統(tǒng)的編譯鏈接輸出可執(zhí)行程序；最后，在并行程序

3、執(zhí)行階段可執(zhí)行程序轉(zhuǎn)化為機器語言執(zhí)行在相應(yīng)的軟/硬件架構(gòu)上。其次，為了擺脫傳統(tǒng)串行編程語言的束縛，從語言成分上直接支持并行開發(fā)，提出了基于標(biāo)簽語法的模型設(shè)計語言，使并行程序更容易在并行機上實現(xiàn)；基于通用編程的理念設(shè)計了通用模板庫，用于抽象現(xiàn)存的各種并行開發(fā)工具或開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)模式，并且針對不同開發(fā)語言提供統(tǒng)一的編程框架；針對不同研究領(lǐng)域內(nèi)并行計算特有的結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計專用模板庫；為了降低將原串行程序并行化的復(fù)雜度，建立高頻函數(shù)庫，封裝現(xiàn)有

4、各種并行開發(fā)工具中的高頻使用函數(shù)，將原本復(fù)雜的并行程序簡化成方法庫中一個簡單的并行函數(shù)或方法；針對復(fù)雜的并行機軟/硬件架構(gòu)和支撐環(huán)境建立參數(shù)庫，用于描述虛擬的參數(shù)化的并行機。
　　 在模型的人機交互方面設(shè)計了一款能夠支持多并行開發(fā)工具、多并行開發(fā)語言的集成開發(fā)環(huán)境，程序開發(fā)者可以快速便捷的編寫、調(diào)試、運行并行程序。理論和實踐分析結(jié)果表明，本文提出的異構(gòu)環(huán)境下分層并行通用計算模型每個階段的針對性強、通用性高、易于擴展，能夠高效的實