異構(gòu)環(huán)境下分層并行通用計(jì)算模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

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

2、，提出一種異構(gòu)環(huán)境下分層并行通用計(jì)算模型。模型分為三個(gè)階段：程序模型算法設(shè)計(jì)階段、并行程序設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)理念，闡述了程序模型算法設(shè)計(jì)階段、并行程序設(shè)計(jì)階段、并行程序執(zhí)行階段的架構(gòu)，并設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)階段的并行程序；然后，并行程序經(jīng)過(guò)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(jī)器語(yǔ)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(yǔ)言的束縛，從語(yǔ)言成分上直接支持并行開(kāi)發(fā)，提出了基于標(biāo)簽語(yǔ)法的模型設(shè)計(jì)語(yǔ)言，使并行程序更容易在并行機(jī)上實(shí)現(xiàn)；基于通用編程的理念設(shè)計(jì)了通用模板庫(kù)，用于抽象現(xiàn)存的各種并行開(kāi)發(fā)工具或開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)模式，并且針對(duì)不同開(kāi)發(fā)語(yǔ)言提供統(tǒng)一的編程框架；針對(duì)不同研究領(lǐng)域內(nèi)并行計(jì)算特有的結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)專用模板庫(kù)；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(kù)，封裝現(xiàn)有

4、各種并行開(kāi)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(jiǎn)化成方法庫(kù)中一個(gè)簡(jiǎn)單的并行函數(shù)或方法；針對(duì)復(fù)雜的并行機(jī)軟/硬件架構(gòu)和支撐環(huán)境建立參數(shù)庫(kù)，用于描述虛擬的參數(shù)化的并行機(jī)。
　　 在模型的人機(jī)交互方面設(shè)計(jì)了一款能夠支持多并行開(kāi)發(fā)工具、多并行開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，程序開(kāi)發(fā)者可以快速便捷的編寫、調(diào)試、運(yùn)行并行程序。理論和實(shí)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(jì)算模型每個(gè)階段的針對(duì)性強(qiáng)、通用性高、易于擴(kuò)展，能夠高效的實(shí)