面向OpenFOAM并行開發(fā)框架的性能分析關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著并行計算技術(shù)的發(fā)展，高性能計算系統(tǒng)的計算能力與日俱增。然而，在使用高性能計算技術(shù)對實際問題進行模擬求解的過程中，隨著問題規(guī)模的擴大，系統(tǒng)峰值性能與并行應(yīng)用的實測性能之間的差異也越來越明顯，也即編程墻問題。一方面，并行程序的設(shè)計與開發(fā)本身就是研究中的難點問題；另一方面，對大規(guī)模并行程序的性能分析相比傳統(tǒng)程序更為復(fù)雜?；诳蚣艿牟⑿虚_發(fā)模式能夠在一定程度上屏蔽并行程序的實現(xiàn)細節(jié)，降低用戶開發(fā)并行程序的難度。但是，如何提高該模式所開發(fā)并行

2、應(yīng)用的性能仍是一個值得研究的問題。本文以大規(guī)模并行CFD開發(fā)為例，對基于框架的性能分析方法及其關(guān)鍵技術(shù)展開了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了面向CFD并行開發(fā)框架的多用戶性能分析方法MuPAM。該方法的核心是面向多用戶的性能分析，尤其是非計算機專業(yè)用戶的性能分析。通過對參與CFD模擬的用戶進行歸納總結(jié)，分析了其不同的性能分析需求，設(shè)計了整體的性能分析框架。⑵基于MuPAM的思想，給出了其在OpenFOAM開源平臺上的設(shè)計M

3、uPAM-OF。針對OpenFOAM開發(fā)框架，詳細地研究與分析了其平臺特性，設(shè)計了包括性能監(jiān)測、分析以及可視化等三個功能模塊的性能分析工具MuPAM-OF的框架結(jié)構(gòu)，給出了面向多用戶的性能數(shù)據(jù)集合的詳細設(shè)計，并從優(yōu)化與實現(xiàn)的角度對數(shù)據(jù)集合進行了分類與整理。⑶在所給的框架基礎(chǔ)上對MuPAM-OF的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，并給出了其具體實現(xiàn)。對不同性能模塊分別展開了相關(guān)技術(shù)的研究與實現(xiàn)：對監(jiān)測模塊，采用動態(tài)性能探測技術(shù)對性能數(shù)據(jù)進行收集，并針對

4、性能數(shù)據(jù)的優(yōu)化，采取了自定義性能數(shù)據(jù)文件格式等方面的措施；對性能分析模塊，采用靜態(tài)性能分析的方法分別從系統(tǒng)級和算法級對各項性能參數(shù)進行了分析和量化，給出了實用的性能評價方法；對可視化模塊，主要采取基于VTK與ParaView相結(jié)合的方式予以實現(xiàn)。⑷通過實驗驗證了MuPAM-OF的實用性和可用性。實驗結(jié)果表明，面向OpenFOAM的多用戶性能分析工具MuPAM-OF不僅可以成功地對CFD模擬過程進行性能的監(jiān)測與展示，還可以定位程序的性能瓶