面向OpenFOAM并行開(kāi)發(fā)框架的性能分析關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著并行計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，高性能計(jì)算系統(tǒng)的計(jì)算能力與日俱增。然而，在使用高性能計(jì)算技術(shù)對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行模擬求解的過(guò)程中，隨著問(wèn)題規(guī)模的擴(kuò)大，系統(tǒng)峰值性能與并行應(yīng)用的實(shí)測(cè)性能之間的差異也越來(lái)越明顯，也即編程墻問(wèn)題。一方面，并行程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)本身就是研究中的難點(diǎn)問(wèn)題；另一方面，對(duì)大規(guī)模并行程序的性能分析相比傳統(tǒng)程序更為復(fù)雜?；诳蚣艿牟⑿虚_(kāi)發(fā)模式能夠在一定程度上屏蔽并行程序的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，降低用戶開(kāi)發(fā)并行程序的難度。但是，如何提高該模式所開(kāi)發(fā)并行

2、應(yīng)用的性能仍是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。本文以大規(guī)模并行CFD開(kāi)發(fā)為例，對(duì)基于框架的性能分析方法及其關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了面向CFD并行開(kāi)發(fā)框架的多用戶性能分析方法MuPAM。該方法的核心是面向多用戶的性能分析，尤其是非計(jì)算機(jī)專業(yè)用戶的性能分析。通過(guò)對(duì)參與CFD模擬的用戶進(jìn)行歸納總結(jié)，分析了其不同的性能分析需求，設(shè)計(jì)了整體的性能分析框架。⑵基于MuPAM的思想，給出了其在OpenFOAM開(kāi)源平臺(tái)上的設(shè)計(jì)M

3、uPAM-OF。針對(duì)OpenFOAM開(kāi)發(fā)框架，詳細(xì)地研究與分析了其平臺(tái)特性，設(shè)計(jì)了包括性能監(jiān)測(cè)、分析以及可視化等三個(gè)功能模塊的性能分析工具M(jìn)uPAM-OF的框架結(jié)構(gòu)，給出了面向多用戶的性能數(shù)據(jù)集合的詳細(xì)設(shè)計(jì)，并從優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)的角度對(duì)數(shù)據(jù)集合進(jìn)行了分類與整理。⑶在所給的框架基礎(chǔ)上對(duì)MuPAM-OF的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并給出了其具體實(shí)現(xiàn)。對(duì)不同性能模塊分別展開(kāi)了相關(guān)技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)：對(duì)監(jiān)測(cè)模塊，采用動(dòng)態(tài)性能探測(cè)技術(shù)對(duì)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并針對(duì)

4、性能數(shù)據(jù)的優(yōu)化，采取了自定義性能數(shù)據(jù)文件格式等方面的措施；對(duì)性能分析模塊，采用靜態(tài)性能分析的方法分別從系統(tǒng)級(jí)和算法級(jí)對(duì)各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行了分析和量化，給出了實(shí)用的性能評(píng)價(jià)方法；對(duì)可視化模塊，主要采取基于VTK與ParaView相結(jié)合的方式予以實(shí)現(xiàn)。⑷通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了MuPAM-OF的實(shí)用性和可用性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，面向OpenFOAM的多用戶性能分析工具M(jìn)uPAM-OF不僅可以成功地對(duì)CFD模擬過(guò)程進(jìn)行性能的監(jiān)測(cè)與展示，還可以定位程序的性能瓶