高性能并行可視化服務(wù)器任務(wù)與資源管理技術(shù)研究與實現(xiàn).pdf

1、科學(xué)計算可視化技術(shù)把研究人員無法直觀理解的數(shù)據(jù)變?yōu)槿丝梢灾苯右曈X感知的圖形圖像信息，目前已經(jīng)成為科學(xué)計算與數(shù)值模擬領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)和工具，在生物醫(yī)學(xué)、計算流體動力學(xué)、地球物理、氣象學(xué)、航天學(xué)、以及眾多與國防和國民經(jīng)濟(jì)緊密相關(guān)的領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。隨著高性能計算技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)計算的能力不斷提高，科學(xué)計算產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模日益龐大，數(shù)據(jù)中蘊含的物理現(xiàn)象和規(guī)律日益復(fù)雜，使科學(xué)計算可視化技術(shù)面臨新的諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。
　　基于高性能計算機(jī)

2、構(gòu)建高性能并行可視化服務(wù)器，可充分利用高性能計算機(jī)的計算和存儲資源，克服傳統(tǒng)后處理并行可視化模式耗時的數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出以及難以實現(xiàn)駕馭式可視化等問題，有效提高大規(guī)?？茖W(xué)數(shù)據(jù)并行可視化的效率和質(zhì)量。已成為高性能并行可視化重要發(fā)展方向。本課題根據(jù)構(gòu)建高性能并行可視化服務(wù)器的需求，重點研究高性能并行可視化服務(wù)器軟硬件體系結(jié)構(gòu)框架、可視化服務(wù)器任務(wù)調(diào)度和資源管理算法等關(guān)鍵技術(shù)，完成的主要工作和取得的研究成果如下：
　　1.提出了一種基于超級計

3、算機(jī)的高性能并行可視化服務(wù)器的軟硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對獨立的占用高性能計算機(jī)部分結(jié)點資源，專用于數(shù)據(jù)存儲、I/O通訊、圖形繪制、資源管理等，既可保證并行可視化服務(wù)器硬件資源的相對獨立性，又可保證并行可視化效率的提高；軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在充分利用高性能計算機(jī)已有資源管理軟件基礎(chǔ)之上，根據(jù)并行可視化和多用戶遠(yuǎn)程交互可視化任務(wù)需求，擴(kuò)展了可視化任務(wù)調(diào)度和資源配置模塊，既不影響高性能計算機(jī)已有資源管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又可保證高性能計算機(jī)

4、并行可視化任務(wù)的高效性和多用戶遠(yuǎn)程交互可視化的有效性。
　　2.針對服務(wù)對象任務(wù)作業(yè)的特點和需求，提出了一種基于任務(wù)屬性選擇的任務(wù)調(diào)度和資源管理算法。通過抽象定義任務(wù)屬性和量化定義任務(wù)的并行性能，合理分配服務(wù)器計算和存儲結(jié)點資源，使得最需要并行加速的任務(wù)優(yōu)先獲得計算資源。模擬實驗結(jié)果表明，該算法可有效提高用戶體驗和任務(wù)執(zhí)行效率。
　　3.為了保證基于任務(wù)屬性選擇的任務(wù)調(diào)度和資源管理算法的有效性和正確性，提出了基于線性回歸模型

5、的任務(wù)屬性維護(hù)方法，該方法利用現(xiàn)代工程數(shù)學(xué)中的線性回歸模型，借助服務(wù)器中的應(yīng)用算法運行歷史，和相關(guān)統(tǒng)計信息完成應(yīng)用算法屬性的維護(hù)更新。模擬實驗結(jié)果表明，該方法可提高任務(wù)調(diào)度和資源管理的效率和正確性。
　　4.利用實驗室現(xiàn)有條件，開發(fā)了高性能并行可視化的原型試驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了用戶使用筆記本、手機(jī)等終端設(shè)備通過web遠(yuǎn)程訪問的并行可視化服務(wù)器原型，并利用該原型系統(tǒng)對典型的流場數(shù)值模擬計算數(shù)據(jù)實例進(jìn)行了可視化數(shù)據(jù)處理，取得了較好的實驗結(jié)果