重叠网格CFD并行计算的通信优化研究

介绍了重叠网格并行计算主从对之间通信量最小化方法,通过迷路算法将主网格点进行分类,在保证计算正确的前提下将主从间通信量降至最小;在嵌套重叠情况下的通信时序控制方面,提出了重叠关系有向图避免通信等待和重复插值;实验结果表明该重叠网格通信优化处理方法能得到较理想的并行效率。     

多态并行处理器的数据通信和路由器的设计

随着多核技术的发展,核间通信问题面临新的挑战,核间通信性能决定了整个多核处理器的性能。通过分析多核处理器的数据通信需求,提出了一种适用于多态并行处理器的数据通信结构。该结构采用邻接共享寄存器实现的核间近邻通信和路由器硬件加速结构实现的远程通信两种数据通信方式,远程通信机制的路由器使用输入缓存机制实现,采用经典的确定性路由算法——XY路由算法实现了路由计算,加入多播和容错技术,采用专用的仲裁机制简化了设计复杂度。这些改进降低了处理器的核间通信延迟和功耗,提高了多态并行处理器的性能。     

千万亿次可扩展可容错自由网格数值模拟系统

在千万亿次计算能力的驱动下,数值软件的发展进入了一个以海量并行为基本特征的历史转折期,可扩展和可容错成为大规模数值模拟的两大关键技术.petaPar模拟程序是以对传统数值技术形成优势互补的无网格类方法为切入点,面向千万亿次级计算而开发的下一代新兴通用数值模拟程序.petaPar在统一架构下实现了光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)和物质点法(material point method, MPM)两种最为成熟和有效的无网格/粒子算法,支持多种强度、失效模型和状态方程;其中MPM支持改进的接触算法,可以处理上百万离散物体的非连续变形和相互作用计算.系统具有以下特点:1)高可扩展.实现单核单Patch极端情形下计算和通信的完全重叠,支持动态负载均衡;2)可容错.支持无人值守变进程重启动,在系统硬件出现局部热故障时可以不中止计算;3)适应硬件体系结构异构架构的变化趋势,同时支持flat MPI和MPI+Pthreads并行模型.程序在Titan千万亿次超级计算机上进行了全系统规模的可扩展性测试,结果表明该代码可线性扩展到26万个CPU核,SPH和MPM的并行效率分别为100%和96%.     

基于CORBA消息服务的容错机制研究

CORBA逐渐成为面向对象分布式应用中间件的主要标准，但是CORBA当前没有为容错提供相应的机制，该文在比较各种容错方法的基础上，讨论了一种基于异步消息服务回调和查询模型的容错方法，该方法使服务对象的副本可以并行地处理客户请求，提高了容错的性能，该方法具有对服务对象透明，可以满足用户不同容错要求等特点，文中还给出了这种方法在为遗留应用增加容错能力时的应用实例。     

TSNP：空间信息网中PCL安全高效的群组认证协议

由于空间信息网络(space information network, SIN)具有高动态拓扑、卫星计算和通信资源受限等特点,当群组飞行器需要与卫星快速接入认证以实现信息连续收集或扩大观测范围时,已有协议方案不能完全满足SIN的特点和一些应用需求.为此,提出一种面向空间信息网,协议组合逻辑(protocol composition logic, PCL)安全的群组多用户快速认证协议(TSNP).基于对称加密体制、密钥分层的思想,TSNP允许群组内完成接入认证的节点向其他用户发送消息,通过计算使得群组内用户拥有与卫星通信的密钥,实现群组内用户高效安全认证或切换.通过PCL模型对TSNP各阶段协议安全属性进行分析,并使用并行和顺序组合方法证明TSNP能保障组合后协议的安全属性.实验结果表明:TSNP一方面减少了对地面管理中心的依赖程度,同时有效降低了卫星计算和通信开销.     

负载平衡的多级并行对等计算在新药研发网格中的实现

介绍了一种在Internet环境下利用分布的计算资源实现计算/数据密集的高通量新药筛选的应用网格——新药研发网格(drug discovery grid,DDG)．对DDG中采用的多级并行对等计算模型(P2P),自适应的动态负载平衡算法及实现,网格资源的容错技术以及系统安全做了较详细的描述,给出了一组实际环境下的实验数据．实验证明,DDG具有很好的负载平衡能力和良好的系统健壮性,新药筛选应用在大规模的互连网环境下可以获得良好的并行加速效果．     

一个基于通信系统支持的并行检查点系统

在大规模机群环境下，检查点和恢复机制是一种必不可少的容错技术。该文提出一种基于机群通信系统的可靠性机制，在不作全局同步的情况下获取通信系统全局状态的方法，并利用该方法实现了一个对应用程序透明的并行检查点系统。该系统通过底层通信系统的支持降低了并行检查点的实现复杂度和执行开销，适用于大规模机群应用。     

一个模拟网格上并行作业调度的离散事件系统

为评估计算网格上并行作业的无中心式调度,设计了基于离散事件的模拟系统J3S.离散事件包括作业提交、开始和终止,作业状态可以是等待、运行或完成.事件引起作业状态的变化 ,并触发网格层次或本地层次调度.作业由网格工作负荷模型产生,该模型基于并行计算机工作负荷模型构建.网格层次调度通过网格调度器之间的协作完成.本地层次调度模拟改进的装填法,使作业可有不同的调度优先级.网格资源性能可有差异,作业执行性能依赖作业指派.模块化实现使J3S可模拟网格上并行作业的无中心式调度的各种场景.     

簇间非对称群组密钥协商协议

无线传感器网络中传感器节点资源受限,传感器节点的通信能力及范围限制了其协同操作的规模,该环境下的群组密钥协商往往以簇为单元,群组之间的安全信息交换也限制于簇内通信.针对传感器通信能力及计算能力的限制,提出一种簇间轻量级非对称群组密钥协商协议(inter-cluster lightweight asymmetric group key agreement, CL-AGKG),为簇间传感器节点间建立一条安全高效的群组通信信道.该协议首先建立簇头间的联盟共享密钥,以簇头为桥接节点,实现不同簇的传感器节点具有相同的群组密钥因子信息,进而实现跨簇非对群组密钥协商.全网节点都可以与群组内部节点共享其秘密信息,实现消息发送者不受群组约束的群组安全通信机制.通过非对称计算将更多传感器节点的计算与通信量迁移到能量较大的簇头节点,确保传感器节点的计算及通信开销轻量级性.并实现密钥自证实性,不需要额外的通信轮数,传感器节点可自证实其计算群组密钥的正确性.经分析并证明:该协议在安全及性能方面具有较高的优势.     

一种新的分布式Java Agents环境

本文介绍了一种新的分布式Ｊａｖａ Ａｇｅｎｔｓ开发环境的主要特征,阐述了包括远程对象的创建、连接与虚拟引用,对象在网络上的移动,对象驻留,开发可移动的自主代理,群组对象之间的快速并行消息传输机制等当今基于Ｊａｖａ的Ａｇｅｎｔｓ最新技术。     

ParTransgrid: A scalable parallel preprocessing tool for unstructured-grid cell-centered computational fluid dynamics applications

The development of a basic scalable preprocessing tool is the key routine to accelerate the entire computational fluid dynamics (CFD) workflow toward the exascale computing era. In this work, a parallel preprocessing tool, called ParTransgrid, is developed to translate the general grid format like CFD General Notation System into an efficient distributed mesh data format for large-scale parallel computing. Through ParTransgrid, a flexible face-based parallel unstructured mesh data structure designed in Hierarchical Data Format can be obtained to support various cell-centered unstructured CFD solvers. The whole parallel preprocessing operations include parallel grid I/O, parallel mesh partition, and parallel mesh migration, which are linked together to resolve the run-time and memory consumption bottlenecks for increasingly large grid size problems. An inverted index search strategy combined with a multi-master-slave communication paradigm is proposed to improve the pairwise face matching efficiency and reduce the communication overhead when constructing the distributed sparse graph in the phase of parallel mesh partition. And we present a simplified owner update rule to fast the procedure of raw partition boundaries migration and the building of shared faces/nodes communication mapping list between new sub-meshes with an order of magnitude of speed-up. Experiment results reveal that ParTransgrid can be easily scaled to billion-level grid CFD applications, the preparation time for parallel computing with hundreds of thousands of cores is reduced to a few minutes.     

A novel strategy for building interoperable MPI environment in heterogeneous high performance systems

Breakthrough advances in microprocessor technology and efficient power management have altered the course of development of processors with the emergence of multi-core processor technology, in order to bring higher level of processing. The utilization of many-core technology has boosted computing power provided by cluster of workstations or SMPs, providing large computational power at an affordable cost using solely commodity components. Different implementations of message-passing libraries and system softwares (including Operating Systems) are installed in such cluster and multi-cluster computing systems. In order to guarantee correct execution of message-passing parallel applications in a computing environment other than that originally the parallel application was developed, review of the application code is needed. In this paper, a hybrid communication interfacing strategy is proposed, to execute a parallel application in a group of computing nodes belonging to different clusters or multi-clusters (computing systems may be running different operating systems and MPI implementations), interconnected with public or private IP addresses, and responding interchangeably to user execution requests. Experimental results demonstrate the feasibility of this proposed strategy and its effectiveness, through the execution of benchmarking parallel applications.     

一个网格应用程序监测系统的实现

并行程序在运行过程中会受到外部运行环境的干扰而出现错误,并行程序调试可以帮助用户发现并排除程序中存在的错误。只有对程序的运行进行监测才能获得调试数据,并对监测到的数据进行分析,以达到调试程序的目的。网格计算的提出推动了并行计算的发展,越来越多的应用程序在网格环境中运行。该文从以上两点出发,开发了一个网格应用程序的监测系统,可以用以调试网格上的应用程序。     

网格计算池模型实现的一些关键技术研究

网格计算池是近年来针对传统“累加”式网格计算模型中网络带宽受限制、通信延迟、通用性不强等缺陷提出的一种新型网格模型。并行计算环境与任务调度管理作为超级计算资源中的重要组成部分,由于其专业性与普及度的影响,长期以来应用的侧重点都更多地在于计算的速度与效率上,在系统开放性上并不注重,对于其二次开发如在网格计算池中的应用更是不多见。就并行计算环境的优化、针对于网格计算池模型应用中的配置和任务调度管理软件以及利用IFL实现网格计算池模型接口中的一些关键问题进行了研究。     

网格计算——全球信息化的新航标

网格计算是一种新兴的技术,目前网格计算已从学术和研究领域拓展到财务、商业、政务、工业生产等诸多领域的应用范畴。网格计算不同于一般的传统分布式计算,网格计算着重于大规模多样性的资源共享以及创新应用,并在一定情况下定位于高性能计算,网格计算技术必将引领下一代互联网的新航向。本文重点剖析了当前网格计算的关键技术并对网格计算的发展前景进行了展望。     

An agent-based approach for dynamic adjustment of scheduled jobs in computational grids

Grid computing is a newly developed technology for complex systems with large-scale resource sharing, wide-area communication, and multi-institutional collaboration. Grid scheduling is an important infrastructure in the grid computing environment. Most of the existing grids scheduling methods focus on maximizing processor utilization without taking grid load into consideration. This may lead to significant inefficiencies in performance such as large job queues and processing delays. In this paper, we propose a multiagent-based scheduling system for computational grids with a new approach. Agent technology is suitable for a computational grid because of the dynamic, heterogeneous, and autonomous nature of the grid. The main idea of the proposed system is a combination of a static scheduling using a fixed scheduling algorithm and a dynamic adjustment through the autonomous behavior of agents. The superiority of the proposed system, in reducing the load of the grid and minimizing the response time for executing user applications, is demonstrated by simulation experiments.     

网格计算的安全技术分析

由于网格计算是互联网上的一组新技术,随着网格计算在各领域的不断应用,网格计算的安全技术的研究也倍受重视,本文对网格计算的几种重要的安全技术方案,从工作机理上进行了较为详细的分析,根据网格计算技术和计算机安全技术的最新研究,提出了网格计算安全技术的发展方向。     

网格并行计算模型研究

分析了传统分布式并行计算和网格基础上并行计算技术应用中存在的问题,将Log P并行计算模型拓展到网格上,给出双层Log P模型和设计策略,针对网格特点对CG并行算法进行了改进,取得了很好的效果.     

考虑网络性能的广域网系统中机群的通信模型

网格中的机群或者超级计算机通过广域网互相连接,在这个平台上进行并行编程应用的一个主要问题是它们的等级网络结构,广域网上的延迟和带宽通常是局域网中的好几倍。该文针对LogP模型进行了扩展,提出带参数的LogP模型,详细讨论比较了其中的各个参数以及如何通过实验对它们进行测量。在此模型基础上通过选取合适的通信结构,并且把消息分割成多个部分。在不同的广域连接上采用并行化发送,达到优化通信操作的目的。     

网格计算的安全技术分析

由于网格计算是互联网上的一组新技术，随着网格计算在各领域的不断应用，网格计算的安全技术的研究也倍受重视，本文对网格计算的几种重要的安全技术方案，从工作机理上进行了较为详细的分析，根据网格计算技术和计算机安全技术的最新研究，提出了网格计算安全技术的发展方向。