《矩阵运算中矩阵规模与处理器个数问题研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矩阵运算中矩阵规模与处理器个数问题研究（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要随着超级计算需求的扩大，人们把高性能计算更多的应用于数据挖掘应用、图像处理业务、基因测序比对处理、过程控制、气象检测等大型数据处理领域。科学计算的规模迅速膨胀，使得传统的串行计算机已经不能满足需求，从而提出了并行计算的概念。在谈到并行计算之前，我们先谈一下并行计算机，并行计算机是指有多个处理器的计算机，只有一个处理器的计算机称为串行机，在串行机上进行的计算称为串行计算，在并行计算机或者通过网络共享方式模拟的并行计算机环境下进行的运算称为并行计算。它将进程相对独立的分配于不同的节点上，由各自独立的操作系统调度，享有独立的C P U 和内存资源；进程间通过消息传递相互交换信息。M P I 是1
2、 9 9 4 年5 月发布的一种消息传递接口，是为消息传递程序提供的标准库1 1 1 。M P I 以语言独立的形式来定义这个接口库，并提供了与C 和F o r t r a n 语言的绑定，是目前高效率的超大规模并行计算最可信赖的平台。目前，I n t e r n e t 连接着大量的个人P C 机和各种超级计算机，汇集了大量的计算资源。为了利用I n t e m e t 上广泛分布的空闲计算资源，目前已经有多个分布式计算项目，比如：S E T I H o m e ，G I M P S 等等。这些项目已经证实了这种计算模型的可行性。不过这些系统的资源高度不稳定、用户不可信任、通信带宽有限、延迟
3、巨大。本文在分析了当前国内外并行运算矩阵运算的有关算法后提出了一些算法研究结论和改进建议，并在网络环境下通过共享的方式模拟并行机，运用M P I方式编程测试，用测试结果来验证研究结论的正确性、实用性、可行性。着重讨论了当矩阵规模远大于处理器个数的情况下的矩阵运算。关键字：并行运算矩阵运算M P IA b s t r a c tW i t ht h eg r o w i n gd e m a n df o rs u p e rc a l c u l a t i o n ，P e o p l ea p p l i e dt h eh i g hp e r f o r m a n c ec o m
4、p u t i I l gt ot h ed a t am i n i n ga p p l i c a t i o n ，i m a g ep r o c e s s i n g ，g e n es e q u e n c i n gn l a w h i n g 仃e a 仃I l e n t ，p r o c e s sc o n t r o la n dm e t e o r o l o g i c a ld a t ap r o c e s s i n gf i e l dt e s te r e T h er a p i de x p a n s i o no fs c i e n
5、 t i f i cc o m p u t m g ，m a k et h et r a d i t i o n a ls e r i a lc o m p u t e ra l r e a d yc a n n o ts a t i s f yt h er e q u i r e m e n t ，i tP u t sf o r w a r dt h ec o n c e p to fp a r a l l e lc o m p u t i n g B e f o r et h ep a r a l l e lc o m p u t i n g ，w e l lt a l ka b o u
6、tp a r a l l e lc o m p u t e r T h ep a r a l l e lc o m p u t e ri st h ec o m p u t e rw h i c hh a sm u l t i p l ep r o c e s s o r s T h ec o m p u t e rw h i c hh a so n l yO D ep r o c e s s o rw ec a l l e dS e d a ln l a c h i n e ，I ns e r i a lk i l l i n gc a l c u l a t i o n sc a l l
7、e ds e r i a lc a l c u l a t i o n ，I np a r a l l e lm a n n e r , 0 rt h r o u g ht h en e t w o r kc o m p u t e rs i m u l a t i o np a r a l l e lc o m p u t e re n v i r o n m e n to p e r a t i o nc a l l e dp a m l l e lc o m p u t i n g I tw i l lp r o c e s sr e l a t i v e l yi n d e p e
8、 n d e n ta m o n gd i f f e r e n tn o d e s ，B yi l l d e p e n i I e n to p e n l t i o ns v s t e ms c h e d u l e r , E n j o yt h eC P Ua n dm e m o r yr e s o u r c e si n d e p e n d e n t l y , T h r o u g ht h ep r o c e s so fe x c h a n g i n gm e s s a g e sb e t w e e ni n f o r m a t
9、i o n M P lw a sp u b l i s h e dI nM a y19 9 4 ，i tw a sam e s s a g er e l a yi n t e r f a c e ，w h i c hw a sd e s i g n e df o rm e s s a g er e l a y I tw a sas t a n d a r dl i b r a r y M P Ih a si t si n d e p e n d e n tl a n g u a g ew h i c hs u p p o r ti t sj n t e r f a c el i b r a r
10、 y , a n dp r o v i d e dC F o r t a n ，i tw a sc u r r e n te f f i c i e n c yo fl a r g es c a l ep a r a l l e lc o m p u t i n g sm o s tt r u s t e dp l a t f o r m C 唧n t l y , T h e r ea r el o t so fi n d i v i d u a lP C Sa n dv a r i o u ss u p e rc o m p u t e ri nt h ei n t e r a c t ，w
11、 i t hal a r g ec o l l e c t i o no fc o m p u t i n gr e s o u r c e s ，i no r d e rt ou s et h eh u g er e s o u r c e ，n o wt h e r ea r em u l t i p l ed i s 舶u t e dc o m p u t i n gp r o j e c t s ，e g ：S E T I H o m e ，G I M P Sa n dS Oo n T h ep r o j e c th a sb e e nP m V e dt h ef e a s
12、i b i l i t yo ft h i sc a l c u l a t i o nm o d e l , b u tt h e s es y s t e mh a ss o m ef a u l t s ：s y s t e mr e S O U r C eh i g h l yu n s t a _ b l e u s e r _ sd on o tt r u s t ，l i m i t e dc o m m u n i c a t i o n sb a n d w i d t h ，h u g ec o m m u n i c a t i o nd e l a y B a s e
13、do nt l l ea n a l y s i so ft h ec u r r e n td o m e s t i ca n di n t e m a t i o n a lp a r a l l e lc o m p u t i n gm a t r i x叩e m t i o na f t e rt h ea l g o r i t h mp r o p o s e ds o m eS u g g e s t i o n st oi m p r o v ea n da 1 9 0 r i m mi I ln e M o r ke n v i r o 姗e n t ，a l l dS
14、h 锄_ e db yw a yo fu s i n gM P Ip a r a l l e ls i m u l a t i o na n dt e s t ，t h ew a yw i t hp r o g r a m I n i n gt e s tr e s u l t st ov e r i f yt h ec o r r e c t n e s so ft h er e s e a r c hr e s u l t sa n dp r a c t i c a la n df e a s i b l e K e y W o r d s ：p a r a l l e lc o m p
15、u t i n gm a t r i xc o m p u t i n gM P I湖北大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。论文作者签名：障傍彳争 醐：1 泪学位论文使用授权说明本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存并向国家有关部门或机构送
16、交论文的复印件和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以允许采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文；在不以赢利为目的的前提下，学校可以公开学位论文的部分或全部内容。( 保密论文在解密后遵守此规定)作者签名：障f 毒碲日期：力呷年，月乡眇日 艚刻醛名兽彬移醐”，引言引言4 0 年代开始的现代计算机发展历程可以分为两个明显的发展时代：串行计算时代、并行计算时代。每一个计算时代都从体系结构发展开始，接着是系统软件( 特别是编译器与操作系统) 、应用软件，最后随着问题求解环境的发展而达到顶峰。对于可扩展的并行计算机体系结构根据指令流和数据流的不同，可把计算机系统分为：单指令流单数据流、单指令流多数据流、多指令流单数据流、多指令流多数据流，按同时执行的程序和数据的不同，可把计算机系统分为：单程序单数据并行计算机、单程序多数据并行计算机、多程序单数据并行计算机、多程序多数据并行计算机。五种实际并行计算机物理模型为：并行向量机、对称多处理机、大规模并行处理机、工作站机群、分布共享存储多处理机。创建和使用并行计算机的主要原因就是
