基于MPI的并行计算中矩阵传输协议及负载平衡算法的研究与设计

并行计算被认为是科学家和工程师用来解决各种领域的问题的标准方法,在工程设计、科学计算和商业应用中扮演着重要角色。随着并行计算技术和高速网络技术的不断进步,网络并行计算系统得以产生。基于局域网的机群计算和基于Internet的网格计算是其典型代表。机群计算以其良好的可扩放性、明显的性能价格比优势成为当今高性能计算系统中的一个研究热点和主流。 采用并行计算编程环境MPI组建的局域网内的PC机群具有很大的网络并行计算潜力。但是,现有并行计算中存在诸多问题需要通过深入研究来解决。其中,改善并行程序性能的措施、任务调度策略和负载平衡算法是研究的重点。 本文主要从以下几个方面进行了研究: 首先,介绍并行编程环境的一般理论,从分析影响并行程序性能的因素出发,有针对性地提出在局域网环境下可以通过降低通信开销、采用合理可行的负载平衡算法提高并行计算的性能。 其次,针对现有并行计算中矩阵传输通信开销大的问题,设计了一种新的旨在减少通信开销的多维矩阵传输协议。 再次,以负载平衡为前提,以减少并行计算时间为目标,给出了一种轮询法与加权法两种动态负载平衡算法相结合的混合调度算法。 最后,在局域网内构建了实验平台,采用MPI-2的库函数进行了测试验证,并对测试结果进行了分析。