異構環(huán)境下分層并行通用計算模型的設計與實現(xiàn).pdf

1、大數(shù)據(jù)量的復雜計算在各個學科的研究和應用中得到越來越廣泛的關注，并行計算成為提高計算速度的有效方法，相應的計算模型在重要的計算應用領域中已經(jīng)取得了實質進步，但并行機、并行模型、并行算法、并行語言的設計與開發(fā)千差萬別、沒有一個統(tǒng)一的標準，傳統(tǒng)的單一并行計算模型在形式上變得越來越復雜。因此，以并行計算的一般步驟為理論基礎，以各種并行開發(fā)工具、開發(fā)標準、開發(fā)語言為軟件平臺，以基于機群、多核CPU、多核GPU等不同硬件架構的異構并行機為硬件支撐

2、，提出一種異構環(huán)境下分層并行通用計算模型。模型分為三個階段：程序模型算法設計階段、并行程序設計階段、并行程序執(zhí)行階段。
　　 本文基于模型分層并行通用的開發(fā)理念，闡述了程序模型算法設計階段、并行程序設計階段、并行程序執(zhí)行階段的架構，并設計了解釋系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)作為溝通各階段的橋梁。首先，程序模型算法設計階段的并行算法經(jīng)解釋系統(tǒng)的解析生成并行程序設計階段的并行程序；然后，并行程序經(jīng)過編譯系統(tǒng)的編譯鏈接輸出可執(zhí)行程序；最后，在并行程序

3、執(zhí)行階段可執(zhí)行程序轉化為機器語言執(zhí)行在相應的軟/硬件架構上。其次，為了擺脫傳統(tǒng)串行編程語言的束縛，從語言成分上直接支持并行開發(fā)，提出了基于標簽語法的模型設計語言，使并行程序更容易在并行機上實現(xiàn)；基于通用編程的理念設計了通用模板庫，用于抽象現(xiàn)存的各種并行開發(fā)工具或開發(fā)標準的開發(fā)模式，并且針對不同開發(fā)語言提供統(tǒng)一的編程框架；針對不同研究領域內并行計算特有的結構特征，設計專用模板庫；為了降低將原串行程序并行化的復雜度，建立高頻函數(shù)庫，封裝現(xiàn)有

4、各種并行開發(fā)工具中的高頻使用函數(shù)，將原本復雜的并行程序簡化成方法庫中一個簡單的并行函數(shù)或方法；針對復雜的并行機軟/硬件架構和支撐環(huán)境建立參數(shù)庫，用于描述虛擬的參數(shù)化的并行機。
　　 在模型的人機交互方面設計了一款能夠支持多并行開發(fā)工具、多并行開發(fā)語言的集成開發(fā)環(huán)境，程序開發(fā)者可以快速便捷的編寫、調試、運行并行程序。理論和實踐分析結果表明，本文提出的異構環(huán)境下分層并行通用計算模型每個階段的針對性強、通用性高、易于擴展，能夠高效的實