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1、兰州大学硕士学位论文基于SMP集群的性能优化方法的研究姓名：魏伟申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：马义忠20060501兰州大学研究生学位论文基于S M P 集群的性能优化方法的研究摘要8 0 年代初的I n t e l8 0 8 8 微处理器，运行在4 7 7 M H z 的频率之上。二十多年过去了，目前市面上最快的微处理器I n t e lX E R O3 8 G H z 的速度比那个时候提高了6 0 0 多倍。今天的软件比起以前那些仅仅基于文本界面的简单应用要复杂多了而且还集成了更多功能。从游戏软件，商业软件到用于科学计算的软件，它们需要使用比以前更多的计算机资源，而且对于
2、它们来说，目前的资源还远远不够。一个应用程序的性能完全取决于程序员是如何实现它的特性或者如何去解决这个应用的。高度优化的应用能够在速度上数十倍于性能很差的应用。使用一个优秀的算法和非常好的设计去实现它能够带来软件性能上质的变化。本文以一个优化相关器为例子来说明性能优化的方法学及其重要性。2 1 C M A 利用综合孔径成像原理，把天线采集的电压信号进行快速傅立叶变换后再做相关运算，获得复可见度函数，再分析成图。采集的数据量相当大( 每天约1 3 8 P B ) ，要求现场作相关运算，这样可把每天存储数据量压缩至8 9 0 G B ( 假设积分l O 秒存盘一次) ，且得到了数据分析所需的最小单
3、位。以往被正式应用的相关器都是在硬件上实现的，存在着开发周期长、灵活性差、成本高等缺点。本文介绍了基于集群平台，利用通用软件实现相关器的创新方案。它克服了硬件实现的种种弊端，为综合孔径成像技术提供一种范例。本人成功的搭建了一套基于双网络( 千兆以太网和I n f i n i b a n d 网络) 的高性能集群平台，优化了集群节点性能和管理方法。在硬件平台一定的情况下，如何充分的，有针对性的开发其性能，并寻找适当的并行算法来设计软件就至关重要了。关键字：性能优化2 1 C M A 集群O p e n M PM P I 并行计算兰型查兰旦塞皇兰垡笙壅一A b s t r a c tI nt h
4、ee a r l yo fI9 8 0 s I n t e l8 0 8 8m i c r o p r o c e s s o ri sr u n n i n ga t4 7 7M H z T w e n t yy e a r sl a t e r , a3 6 一g i g a h e r t zI n t e lP e n t i t t mX E R Op r o c e s s o rp o w e r st h ef a s t e s tp e r s o n a lc o m p u t e r s as p e e di n c r e a s eo fo v e r6 0 0
5、t i m e s T o d a y ss o f t w a r ei sm o r ec o m p l e xa n di sp a c k e dw i t hm o r ef e a t u r e st h a nt h et w e n t y y e a ro l ds i m p l et e x t b a s ea p p l i c a t i o n s F r o mg a m e sa n de d u c a t i o n a ls o f t w a r et od a t a b a s e sa n do p e r a t i n gs y s t
6、e m s ，e v e r y t h i n gu s e sm o r ec o m p u t i n gr e s o u r c e st h a nb e f o r ea n dt o d a y ss o f t w a r ei ss t i l lh u n g r yf o rm o r e S o f t w a r ep e r f o r m a n c ec a nv a r yd r a m a t i c a l l yd e p e n d i n gu p o nh o wt h ep r o g r a m m e rc h o o s e st os
7、 o l v eap r o b l e mo ri m p l e m e n taf e a t u r e H i g h l yo p t i m i z e da p p l i c a t i o n sc a nr i mt e n so ft i m e sf a s t e rt h a np o o r l yw r i t t e no n e s Ac o m b i n a t i o no fu s i n ge f f i c i e n ta l g o r i t h m sa n dw e l l - d e s i g n e di m p l e m e
8、 n t a t i o ni m p l e m e n t a t i o n sl e a d st og r e a th i 曲p e r f o r m a n c ea p p l i c a t i o n sA d o p t i n gt h ei m a g i n gt h e o r yo fs y n t h e t i ca p e r t u r et e l e s c o p ei n2 1 C M A ，t h ev o l t a g es i g n a lr e c e i v e db yt h ea e r i a lc a nb ep r o
9、c e s s e dt h r o u g hF F Ta n dt h e nc o r r e l a t e d A tl a s t ，c o m p l e xv i s i b i l i t yf u n c t i o nc a nb eo b t a i n e df o rt h ef u r t h e rm a p p i n g T h ea m o u n to ft h es i g n a l sr e c e i v e di ss og r e a tt h a tc o r r e l a t o rs h o u l db er e a l t i m
10、 e ，w h i c hC a l lc o m p r e s st h eg r e a tn u m b e ro fS t o r a g ef r o m1 3 8 P Bt o8 9 0 G B ，s u p p o s i n gt h es a v et i m ei s1 0s e c o n d s i n t e r v a l A n dt h em i n i m a lu n i tc a nb eo b t a i n e da tt h es a m et i m e T h ef o r m e rf o f i n a l l yu s e dc o r
11、r e l a t o ri sb a s e do nh a r d w a r e ，w i t ht h ew e a kp o i n t so fl o n g l a s td e v e l o p i n gp e r i o d ，p o o rf l e x i b i l i t ya n dh i g hc o s t T h i st h e s i sm a i n l yd i s c u s s e st h ec r e a t i v ed e s i g n ，w i t hc o r r e l a t o rr e a l i z e dt h r o
12、 u g hg e n e r a ls o f t w a r eo nc l u s t e r ，w h i c hi sa b l et oo v e r c o m et h ea b o v ew e a kp o i n t s A n di tc a np r o v i d eag o o de x a m p l ef o rt h er e a l i z a t i o no f t h ei m a g i n gt h e o r yo fs y n t h e t i ca p e r t u r et e l e s c o p e As e to fh i 曲
13、一p e r f o r m a n c ec l u s t e ro nt h eb a s i so fo n ep a i ro fn e t w o r k s ( G i g aE t h e m e ta n dI n f m i b a n dn e t w o r k ) h a sb e e ns e tu p ，a n dt h en o d a lp e r f o r m a n c ea n dc o r r e s p o n d i n gm a n a g e m e n th a sb e e no p t i m i z e d I ti sm o s t
14、i m p o r tt om a k eaf u l la n dp e r t i n e n td e v e l o p i n go nc l u s t e rp e r f o r m a n c e ，a n dt od e s i g nt h es o f t w a r ew i t hs u i t a b l ep a r a l l e la l g o r i t h m K e y w o r d s ：P e r f o r m a n c eO p t i m i z a t i o n2 I C M AC l u s t e rO p e n M PM P
15、 IP a r a l l e lc o m p u t i n g原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：型= 亟堑牝盈关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或
16、向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名：鸯硅导师签名：汤必l 巷日期：丝石兰州大学研究生学位论文第一章项目背景1 1 课题的来源和意义：该课题是中国科学院国家天文台宇宙第一缕曙光探测计划2 1 C M A ( p a s t ) 项目的一部分。该项目的目标及意义：2 1 C M A 项目将用最少的经费投入( 1 0 0 0 万元) 建成世界上最大的2 1 c m 射电望远镜专用阵列，在最短的时间内，探测到来自宇宙第一代发光天体的讯号，继而得到5 1 一i 。范围内的2 1 c m 背景讯号，并在7 0 M H z 一2 0 0 M H z ( 对应于宇宙红移范围6 2 0 ) 绘出宇宙第一代恒星的形成史和宇宙再电离历史，这将是人们对宇宙第一
