并行計算中基于反饋機(jī)制的動態(tài)負(fù)載平衡算法研究.pdf

1、分子動力學(xué)模擬是一種微觀領(lǐng)域的模擬方法，在物理、化學(xué)、生物及材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。由于分子動力學(xué)模擬的計算量非常龐大，計算非常耗時，并行計算是解決該問題的必經(jīng)之路。然而，負(fù)載不平衡導(dǎo)致并行的分子動力學(xué)模擬程序執(zhí)行的時間仍然較長。因此，期望通過引入負(fù)載平衡算法，有效地優(yōu)化分子動力學(xué)模擬程序，提高模擬效率。
　　 通過研究現(xiàn)有的動態(tài)負(fù)載平衡算法，針對激光誘導(dǎo)光化學(xué)反應(yīng)的分子動力學(xué)模擬程序中最耗時模塊的有關(guān)特點，給出了節(jié)點作業(yè)速度和負(fù)載

2、平衡度的定義，提出了一種基于反饋機(jī)制的動態(tài)負(fù)載平衡算法。該算法以節(jié)點作業(yè)速度為負(fù)載指標(biāo);決策策略采用集中式策略，每輪循環(huán)結(jié)束后主節(jié)點都需收集各計算節(jié)點在該輪循環(huán)中執(zhí)行的任務(wù)個數(shù)及對應(yīng)的執(zhí)行時間，計算并保存各節(jié)點的作業(yè)速度;每個反饋周期的第一輪循環(huán)之前主節(jié)點都將根據(jù)計算節(jié)點作業(yè)速度比分配任務(wù);每個反饋周期結(jié)束后，主節(jié)點通過指數(shù)平均法預(yù)測下個反饋周期內(nèi)各計算節(jié)點的工作速度、計算節(jié)點的加權(quán)負(fù)載平衡度，進(jìn)而更新反饋周期。
　　 對照算法

3、是始終將任務(wù)按數(shù)量平均分配到各個節(jié)點的靜態(tài)負(fù)載平衡算法。將該動態(tài)負(fù)載平衡算法和對照算法都用Fortran+MPI編程實現(xiàn)，并分別加入到現(xiàn)有的分子動力學(xué)模擬程序中。通過對比實驗發(fā)現(xiàn)，相對于平均分配任務(wù)的靜態(tài)負(fù)載平衡算法，該動態(tài)負(fù)載平衡算法具有更好的負(fù)載平衡效果，在系統(tǒng)本身負(fù)載不平衡時能有效地縮短程序的并行執(zhí)行時間。實驗也證明，通過指數(shù)平均法來預(yù)測節(jié)點負(fù)載和更新反饋周期的復(fù)雜反饋策略，在負(fù)載平衡效果方面要好于每輪循環(huán)均反饋的簡單反饋策略，進(jìn)