面向嵌入式多核的OpenMP扩展方法

为多核平台开发一种有效的编程方法已经成为并行软件研究的一个重要目标.在嵌入式多核平台上进行了OpenMP并行程序的有效的实施运行.针对嵌入式具有有限内存资源的特点,提出了通过扩展OpenMP自定义制导语句tiling来提高并行程序在嵌入式多核平台上的运行效率.扩展后的OpenMP并行程序支持循环分片,从而能够充分利用层...     

一种利用并行复算实现的OpenMP 容错机制

基于并行复算的故障恢复技术,将故障恢复的计算任务分配至未发生故障的结点上并行执行,从而显著缩短复算时间,有效降低故障恢复开销,提高并行程序容错性能.基于该故障恢复技术,提出了一种针对OpenMP并行程序的容错机制PR-OMP,有效解决了分段复算、复算负载重分布等问题;此外,还扩展了传统编译数据流分析技术,提出了针对OpenMP并行程序的数据流分析技术,并基于该技术计算状态保存开销进行优化.设计实现了用于支持PR-OMP的编译工具GiFT-OMP,并通过实验证明了PR-OMP机制及其支持工具的有效性,评估并分析了其性能和可扩展性.     

共享存储环境下非平衡动力学方程组并行计算

OpenMP是现代多核机群系统采用的主要并行编程模型之一,在单CPU多核上可以获得良好的加速性能,但在整个机群系统上使用时,需要解决可扩展性差的问题.首先设计了求解非平衡动力学方程的并行算法.基于分布共享的多核机群系统,采用显式数据分布OpenMP并行计算方法,将数据进行分布式划分,分配到每个OpenMP线程,通过数据共享实现数据交换.计算结果表明显式OpenMP并行程序在保持可读性的同时,具有良好的可扩展性,在4核Xeon处理器构成的分布共享机群系统上,非平衡动力学方程组的数值并行计算可以扩展到1024个CPU核,具有明显的并行加速计算效果.     

大规模结构有限元分析程序在多核集群计算环境中的性能分析和优化

通过对基于MPI编程模型实现的开源有限元计算分析软件在多核集群计算平台中的程序性能的分析,找出程序瓶颈及其原因,实现了基于MPI编程模型的并行程序在多核计算环境中的性能优化。根据程序性能瓶颈的分析,提出了基于MPI/OpenMP混合并行编程模型的大规模线性/非线性方程组求解和多线程多进程同时进行消息通信的两种程序性能优化方案。不同计算规模的实验结果表明,在多核集群计算平台中,MPI/OpenMP混合编程模型实现的大规模非线性方程组求解器相对于单纯基于MPI编程模型实现的并行程序,其性能有2倍到3倍的提升;多线程多进程同时消息传递的优化方案虽然对程序能够起到性能优化作用,但是对解决程序消息通信瓶颈的问题不是最好的方法。两个方案总体性能分析结果表明,基于MPI/OpenMP混合编程模型实现的并行程序,在多核集群计算平台中能够更好地发挥硬件系统的计算能力。     

OpenMP并行程序的编译器优化

OpemMP标准以其良好的可移植性和易用性被广泛应用于并行程序设计。该文讨论了OpenMP并行程序的编译器优化算法,在编译过程中通过并行区合并和扩展,实现并行区重构,并在并行区中实现了基于跨处理器相关图的barrier同步优化。分析验证表明,这些优化策略减少了并行区和barrier同步的数目,有效地提高了OpenMP程序的并行性能。     

一种面向动态链状数据结构的指针定值引用链算法

采用流敏感的方法分析计算过程内操作动态链状数据结构的指针定值引用链.目的是连接对链状数据结构进行定值的语句和引用这些链状数据结构的语句,具体地,每条对链状数据结构进行定值的语句,算法将找出所有引用被该语句定值的链状数据结构的语句的集合.该算法将被整合到我们设计和开发的并行语言mini-SPC中,指导对操作动态链状数据结构的并行程序的正确分析和程序变换.实验表明基于本文的算法能保证操作动态链状数据结构的指针定值引用链的分析精度,提高分析的效率.     

非结构网格上弹性力学数值模拟的并行实现

弹性力学数值模拟被广泛应用到建筑、机械、化工、材料、航天等工程领域.随着计算规模和精度的不断提高,普通串行程序已经不能满足应用的需求,需要研制并行应用程序.面向非结构网格,提出了一种基于层次化网格数据结构的并行有限元算法,并用来求解弹性力学方程组.最后,用数值结果验证了网格数据结构和并行算法的正确性和扩展性.数值结果显示弹性力学并行程序可成功扩展到4 080进程,网格规模达到15亿单元.     

基于OpenMP的快速并行分层算法

为了充分利用现有的多核CPU计算资源,提出一种基于OpenMP框架的快速并行分层算法,并对其性能进行讨论.该算法利用模型自然分组特征建立拓扑关系分组,使得模型拓扑数据结构的建立时间缩短;在此基础上,采用基于OpenMP的多线程计算,将拓扑结构的建立过程和求取层片轮廓的过程并行化计算,可以取得接近CPU核数的加速比,因此分层时间明显降低.对于复杂三维模型的超大STL文件进行分层处理,实例计算表明文中算法是一种高效且易于实现的方法.     

多核计算机上的并行计算

研究了多核计算机上0penMP＋Vc＋＋编程模式的并行程序,并在双核和四核计算机上分别使用传统算法和并行算法计算数列求和、矩阵乘积及矩阵Cholesky分解。试验表明,传统串行程序只能利用多核计算机的一个核资源,而采用OpenMP程序的并行效率很高。     

一种基于扩展数据流分析的OpenMP程序应用级检查点机制

随着多核处理器体系结构在高性能计算领域日益广泛的应用,面向共享存储并行程序的容错问题成为研究的热点.近年来,检查点技术已经成为该领域占主导地位的容错机制.目前已有一些针对OpenMP程序检查点技术的研究工作,但其中绝大多数解决方案都依赖于特殊的运行时库或硬件平台.该文提出一种编译辅助的OpenMP应用级检查点,它是一种平台无关的方案,通过面向OpenMP的扩展数据流分析选择那些"必需"的变量保存到检查点映像,从而降低容错的开销,同时通过运行一种非阻塞式的协议维护检查点的全局一致性.文章讨论了该机制的各个关键问题,并通过实验评测以及与同类工作的比较,表明了该文所提出的检查点机制在容错性能方面的优势.     

多核环境下AREM模式混合并行计算研究

使用多核处理器已成为构建高性能计算机系统的主流方式。结合多核高性能计算机系统集共享内存结构和分布式内存结构于一体的体系结构特点,对AREM模式开展MPI/OpenMP混合并行计算研究与实现。性能测试结果表明,使用MPI/OpenMP混合并行计算可以将并行应用扩展至更大处理机规模,缩短计算时间,不对原程序结构做大的改动、以增量方式和较小的并行化代价,取得比较好的并行计算效果。     

声波数值模拟中的多核并行方法研究

波动方程数值模拟普遍存在计算量大的问题,如何根据波动方程有限差分方法的特点开展并行化方法研究是适应微机多核发展的必然趋势。结合波动方程数值模拟中的多层循环嵌套问题和OpenMP的特点,通过确定循环体并行顺序、减少串行环节、合并循环体、准确设置制导语句以及线程绑定优化等方法有助于实现微机多核的高效并行。针对波动方程特点的多核并行不仅有助于提高单机计算效率,对于提高计算机集群上常用的MPI+OpenMP混合并行效率也具有重要意义。     

PPModel: a modeling tool for source code maintenance and optimization of parallel programs

As the computation power in desktops advances, parallel programming has emerged as one of the essential skills needed by next generation software engineers. However, programs written in popular parallel programming paradigms have a substantial amount of sequential code mixed with the parallel code. Several such versions supporting different platforms are necessary to find the optimum version of the program for the available resources and problem size. As revealed by our study on benchmark programs, sequential code is often duplicated in these versions. This can affect code comprehensibility and re-usability of the software. In this paper, we discuss a framework named PPModel, which is designed and implemented to free programmers from these scenarios. Using PPModel, a programmer can separate parallel blocks in a program, map these blocks to various platforms, and re-execute the entire program. We provide a graphical modeling tool (PPModel) intended for Eclipse users and a Domain-Specific Language (tPPModel) for non-Eclipse users to facilitate the separation, the mapping, and the re-execution. This is illustrated with a case study from a benchmark program, which involves re-targeting a parallel block to CUDA and another parallel block to OpenMP. The modified program gave almost 5× performance gain compared to the sequential counterpart, and 1.5× gain compared to the existing OpenMP version.     

非线性扩散方程的显式并行计算

在分布共享的多核集群系统中,提出一种求解非线性扩散方程的显式数据分布OpenMP并行计算方法。将数据进行分布式划分后分配到每个OpenMP线程,通过数据拷贝实现同步计算,并设计全局归约算法减少障碍同步次数。性能分析和测试结果表明,该方法在 4核Xeon处理器构成的分布共享集群系统上可扩展到1 024个CPU核,相对于64个CPU核,其加速比为7.06。     

面向Open64的OpenMP程序优化

OpenMP规范了一系列的编译制导、环境变量和运行库,具有简单、可移植、支持增量并行等优点.但同时,采用FORK-JOIN模型所引起的频繁的线程管理开销也是制约OpenMP程序性能的瓶颈之一.本文讨论了如何利用并行区的合并与扩展,实现并行区的重构,并在此基础上利用Open64的IPA优化部件所提供的全局间过程分析能力,实现跨越过程边界的并行块的合并.最终实验表明,该方法有效地改进了OpenMP程序的运行性能.     

基于并行计算的无人机影像角点检测

无人机影像数据量通常很大,导致串行计算难以满足角点快速检测的需要。针对该问题,利用改进的Harris角点检测算法,以各图像块的标准差表征其计算量,为充分利用硬件资源,采用OpenMP进行并行编程,并优化调度策略,将循环迭代依据计算量的大小平均分配给每个线程,使各线程负载尽可能均衡,从而实现角点检测多核并行计算的最优化。实验结果表明,该方法可较大地提高无人机影像角点检测效率。     

OpenMP多核技术在颗粒流体力学方法GHM中的应用

为了达到提高颗粒流体动力学方法 GHM计算效率的目标,分析了GHM模型的主要计算模块,抽取其中的可并行计算模块,基于多核计算机的硬件环境,应用OpenMP多线程并行计算模型,对采用数值积分方法求解颗粒运动方程的部分,实现求解过程的并行计算。最后通过多次实验验证程序的正确性及算法性能。实验结果表明,在Windows 7系统4核8线程处理器的计算机上,并行程序的并行加速比最高达到了2.5,说明OpenMP多核并行技术能较显著地提高GHM方法的计算性能。     

A smooth transition from serial to parallel processing in the industrial petroleum system modeling package PetroMod

Petroleum system modeling is a crucial technology to numerically simulate the generation, migration, accumulation, and loss of oil and gas through geologic time. The OpenMP programming paradigm is used to achieve modest parallelism on a shared-memory computer for the industrial petroleum system modeling package PetroMod. The significant advantage of this shared-memory parallelization approach is the simplicity of the OpenMP paradigm allowing a smooth transition to a parallel program by incrementally parallelizing a serial code. The process of using OpenMP to parallelize PetroMod is outlined and performance results on a Sun Fire E2900 are reported.     

一种多线程负载均衡分析方法研究*

负载均衡是OpenMP并行化串行程序后所带来的影响程序运行性能的重要因素之一。为了精确分析负载均衡问题,以优化程序运行性能,本文确定了负载均衡分析单元,度量了负载不均衡程度以及潜在的并行调整效率,提出了一种以负载均衡分析单元为分析对象来检测、分析、调整OpenMP多线程程序负载均衡的方法。该方法在隐含同步显示化的基础上,使用指导语句改写的方法对源程序进行插桩并获取性能数据,在负载均衡方面,对程序进行性能分析,根据潜在的并行调整效率有选择的对程序进行负载均衡调整。实验表明该方法是可行有效的。