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谈相位基于网络流模型统计费用流相位解缠并行算法学位

收藏本文 2024-01-15 点赞:30614 浏览:135784 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着计算机运用的范围越来越广,处理不足的规模越来越大,计算机硬件得到了迅速进展,近年来已经进入到多核系统结构、个人高性能计算机、千万亿次并行机的进展阶段。为了适应迅速进展的计算机硬件和满足各运用领域对计算能力日益剧增的需求,并行计算技术得到了快速进展并广泛地运用于天体物理、流体力学、油藏建模、海洋环流、中长期天气预报、地震数据处理、生物信息处理、计算机辅助设计、数据库管理、图像处理以及商用搜索引擎等领域。根据处理器架构和存储器类型的不同,并行计算分为分布式并行计算和共享存储并行计算。分布式并行计算一般采取消息传递模型,MPI(消息传递接口)是当前的消息传递编程标准,具有可移植性好,高效率等优点。而OpenMP是共享存储模型的标准,对于描述单个P节点内部处理器之间的通信更加有效。目前结合两者优势的MPI+OpenMP多层次并行编程模型已成为主流编程技术,这种并行编程模型在多核系统结构中能够充分地发挥MPI与OpenMP之间的互补优势。本论文以合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术中的基于网络模型的统计费用流相位解缠算法为运用基础,针对海量SAR数据处理面对计算资源不足和相对运算效率不高的不足,将统计费用流相位解缠算法进行并行化以提升相位解缠的运算效率,为InSAR数据处理中其他环节的并行处理奠定基础。本论文首先探讨了近几十年来国内外的并行计算技术以及一些经典的并行编程模型,然后选择MPI和OpenMP作为主要探讨对象,浅析它们的编程模型以及MPI+OpenMP多层次并行编程模型。在此基础上,浅析探讨了统计费用流相位解缠串行算法,挖掘该算法的内在并行性,设计与实现了基于MPI的统计费用流相位解缠并行算法,并进一步浅析了统计费用流相位解缠串行算法中可细粒度并行计算的代码,实现了基于MPI+OpenMP多层次并行编程的统计费用流相位解缠并行算法。在探讨历程中,分别对MPI环境和多层次并行编程MPI+OpenMP环境下的统计费用流相位解缠并行算法进行了不同计算规模的性能比较实验,验证了多层次并行编程具有良好的并行计算加速性能。在实现基于MPI的统计费用流相位解缠并行算法历程中,本论文还探讨了MPI-2中的并行I/O技术,根据相位解缠历程中I/O操作的特性,采取显示偏移量的并行I/O方式进行处理,并通过实验验证了加入并行I/O技术的统计费用流相位解缠并行算法的性能更好。通过实验与浅析表明,本论文设计与实现的基于纯MPI和基于MPI+OpenMP多层次并行的两种统计费用流相位解缠并行算法均有效地增加了相位解缠的效率,减少了解缠历程中内存空间的开销,并且在一定条件下,相同计算规模的MPI+OpenMP多层次并行算法性能优于纯MPI的并行算法。关键词:MPI论文OpenMP论文并行计算论文相位解缠论文网络流论文

    摘要4-6

    Abstract6-10

    第1章 引言10-15

    1.1 探讨背景10-11

    1.1.1 并行计算概述10

    1.1.2 相位解缠概述10-11

    1.2 探讨近况11-12

    1.2.1 并行计算进展近况11-12

    1.2.2 相位解缠算法并行化近况12

    1.3 探讨内容与革新点12-13

    1.3.1 探讨内容12-13

    1.3.2 本论文的革新点13

    1.4 论文结构13-15

    第2章 并行计算与并行编程概述15-27

    2.1 并行计算15-16

    2.2 并行算法16-18

    2.2.1 并行算法的特点16-17

    2.2.2 并行程序的设计策略17-18

    2.3 并行计算模型18-21

    2.3.1 并行计算机系统结构19-20

    2.3.2 并行计算模型20-21

    2.4 并行编程模型21-27

    2.4.1 基于消息传递模型的 MPI21-22

    2.4.2 基于共享存储模型的 OpenMP22-23

    2.4.3 多层次并行编程模型23-27

    第3章 相位解缠算法概述27-37

    3.1 InSAR 干涉测量介绍27-28

    3.1.1 InSAR 干涉测量基本概念27

    3.1.2 InSAR 干涉测量基本原理27-28

    3.2 相位解缠算法介绍28-32

    3.2.1 相位解缠算法基本概念28-29

    3.2.2 一维相位解缠29-31

    3.2.3 二维相位解缠31-32

    3.3 基于网络流模型的统计费用流相位解缠算法32-37

    3.3.1 网络流模型32-34

    3.3.2 网络流相位解缠算法原理34-36

    3.3.3 基于 Delaunay 三角网的最小费用网络流相位解缠算法36-37

    第4章 并行 I/O 技术及其在相位解缠算法中的运用37-42

    4.1 并行 I/O 技术概述37-40

    4.1.1 并行 I/O 介绍37

    4.1.2 并行文件与数据类型37-39

    4.1.3 并行 I/O 的读写策略39-40

    4.2 并行 I/O 在相位解缠算法中的运用40-42

    第5章 统计费用流相位解缠多层次并行算法探讨42-55

    5.1 分块解缠对策42-43

    5.1.1 分块解缠的原理42

    5.1.2 数据分块策略42-43

    5.2 统计费用流相位解缠串行算法43-45

    5.3 统计费用流相位解缠算法并行化浅析45-46

    5.3.1 算法并行化的必要性45

    5.3.2 算法并行化的可行性45-46

    5.4 基于 MPI 的统计费用流相位解缠并行算法46-50

    5.4.1 MPI 并行程序设计方式46-47

    5.4.2 MPI 的基本函数47

    5.4.3 统计费用流相位解缠算法的 MPI 级并行化实现47-50

    5.5 统计费用流相位解缠多层次并行算法的实现50-55

    5.5.1 多层次并行编程实现机制50-51

    5.5.2 OpenMP 制导语句51-53

    5.5.3 基于 OpenMP 的统计费用流相位解缠算法并行化53-54

    5.5.4 并行化中的不足浅析54-55

    第6章 并行算法性能浅析55-63

    6.1 测试环境55-56

    6.2 测试并行算法性能的策略56-57

    6.3 并行算法测试结果及浅析57-63

    6.3.1 并行 I/O 的性能测试与浅析57-59

    6.3.2 统计费用流相位解缠并行算法的性能测试与浅析59-63

    结论63-65

    致谢65-66

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