一種平臺(tái)無(wú)關(guān)的并行編程模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，帶來(lái)了并行計(jì)算機(jī)性能的快速提升和并行計(jì)算平臺(tái)的多樣化，同時(shí)也對(duì)研究和應(yīng)用人員提出挑戰(zhàn):(1)如何降低并行編程難度，使不具有并行計(jì)算知識(shí)背景的用戶能夠快速有效的開(kāi)發(fā)并行程序，充分發(fā)揮并行計(jì)算機(jī)在不同應(yīng)用領(lǐng)域的計(jì)算能力;(2)如何使現(xiàn)有的大量串行程序以一種穩(wěn)健可靠的、非顛覆式的方式并行化;(3)如何使并行編程不依賴于硬件平臺(tái)，當(dāng)?shù)讓佑?jì)算平臺(tái)發(fā)生變化時(shí)仍可以有效運(yùn)行。目前，設(shè)計(jì)合理有效的并行編程模型是解決多種并行程序

2、開(kāi)發(fā)難題的主要手段。
　　本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于并行函數(shù)庫(kù)的并行編程模型。編程模型的設(shè)計(jì)思路和方法為:(1)為簡(jiǎn)化并行編程，支持串行軟件的非顛覆式并行化，以并行函數(shù)庫(kù)的方式隱藏底層并行化細(xì)節(jié)，并提供與傳統(tǒng)串行編程相似的編程接口。用戶依照傳統(tǒng)串行軟件的開(kāi)發(fā)邏輯，通過(guò)API調(diào)用即可開(kāi)發(fā)并行程序。(2)為實(shí)現(xiàn)并行編程的平臺(tái)無(wú)關(guān)性，將平臺(tái)相關(guān)的并行函數(shù)庫(kù)向上封裝為統(tǒng)一的API接口，用戶通過(guò)調(diào)用平臺(tái)無(wú)關(guān)接口開(kāi)發(fā)并行程序，程序可無(wú)修改地運(yùn)行

3、于多種計(jì)算平臺(tái)。(3)為提高程序性能，提供任務(wù)調(diào)度和數(shù)據(jù)分配功能，使系統(tǒng)在處理較為復(fù)雜的多任務(wù)計(jì)算問(wèn)題時(shí)，仍能達(dá)到較好的負(fù)載均衡和較低的并行開(kāi)銷(xiāo)。(4)在系統(tǒng)可擴(kuò)展性方面，具備功能可擴(kuò)展性和計(jì)算平臺(tái)可擴(kuò)展性。功能可擴(kuò)展是指可擴(kuò)展應(yīng)用函數(shù)庫(kù)和運(yùn)行時(shí)函數(shù)庫(kù)，可針對(duì)具體應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)型編程模型;計(jì)算平臺(tái)可擴(kuò)展是指可以支持新的底層計(jì)算平臺(tái)。本文利用矩陣乘法算法和頻率統(tǒng)計(jì)算法設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，分別驗(yàn)證編程模型的平臺(tái)無(wú)關(guān)性，多任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)的有效性，

4、并測(cè)試了編程模型對(duì)程序性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明該編程模型能夠有效簡(jiǎn)化并行程序開(kāi)發(fā)，基于該編程模型的程序可在多種計(jì)算平臺(tái)上有效地編譯運(yùn)行;系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度功能能夠提高多任務(wù)計(jì)算問(wèn)題的總體性能;編程框架可能會(huì)造成一定的開(kāi)銷(xiāo)，但不影響程序的總體性能。
　　本文在編程模型原型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展和設(shè)計(jì)了面向遙感圖像處理的并行編程模型。擴(kuò)展的并行編程模型保留了原型系統(tǒng)的易用性和平臺(tái)無(wú)關(guān)性，擴(kuò)展了適合遙感數(shù)據(jù)特點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，增加了地理空間數(shù)據(jù)格式支持庫(kù)