基于機(jī)群的并行計(jì)算環(huán)境研究及其在Occam反演中的應(yīng)用.pdf

1、機(jī)群以其良好的靈活性和可擴(kuò)展性及性能價(jià)格比，獲得了越來越多的大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)的青睞。目前的許多研究是在并行機(jī)機(jī)群或工作站機(jī)群上進(jìn)行的。本文介紹了并行計(jì)算的基本理論及支持網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算的環(huán)境PVM(Parallel Virtural Machine)。以最小成本建立了基于PVM的COW(Cluster Of Workstation)型的PC機(jī)群并行系統(tǒng)，為此后的Occam反演的并行提供了必要的硬件基礎(chǔ)。首先搭建多節(jié)點(diǎn)機(jī)群，然后利用Ping-P

2、ong原理對節(jié)點(diǎn)間的通信延遲進(jìn)行了測試，以及利用矩陣相乘對機(jī)群的性能進(jìn)行了測試，其加速比和效率最高分別達(dá)到了4.78與0.85，則該機(jī)群的性能比較理想。此外，在該機(jī)群環(huán)境下，注意了并行粒度的控制，盡可能地減少通信次數(shù)。 其次，在大地電磁(MT)反演方法中，Occam反演由于其穩(wěn)定收斂以及不依賴于初始模型的特性而得到廣泛應(yīng)用，但是拉格朗日乘子的求取導(dǎo)致大量的模型正演，使得反演速度較低。為此，本文研究了用基于PC機(jī)群的并行計(jì)算來解決

3、這一問題的方法。首先首先全面分析了Occam反演基本原理和方法，挖掘了計(jì)算中的并行成分；然后拉格朗日乘子掃描采用μ值計(jì)算一級的大粒度并行；給出了并行計(jì)算的實(shí)現(xiàn)方法與實(shí)現(xiàn)流程圖，將掃描任務(wù)編組分派到不同的節(jié)點(diǎn)完成，即在PC機(jī)群上，利用主一從編程模式實(shí)現(xiàn)Occam反演的并行計(jì)算。主進(jìn)程(Master)維持全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)任務(wù)的劃分和派發(fā)以及計(jì)算結(jié)果的接收和組合；子進(jìn)程(Slave)負(fù)責(zé)給定任務(wù)的計(jì)算以及計(jì)算結(jié)果的返回。對于μ值采用掃描方式

4、時計(jì)算量相對較大，但能提供給定區(qū)間中各μ值的擬合差曲線，且由于μ值點(diǎn)固定，計(jì)算也獨(dú)立，因而利用掃描方式實(shí)現(xiàn)并行。除此之外，在形成偏導(dǎo)數(shù)矩陣過程中，由于正演部分各頻點(diǎn)是獨(dú)立計(jì)算的，頻點(diǎn)間不存在數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，采用基于頻點(diǎn)計(jì)算的大粒度并行方式。 此外，負(fù)載均衡也是要考慮的問題，綜合平衡各節(jié)點(diǎn)的計(jì)算量，可獲得更為合理的并行效率。由于主進(jìn)程計(jì)算量不大，為充分利用資源，不設(shè)置專用的控制節(jié)點(diǎn)，主進(jìn)程節(jié)點(diǎn)同時也用作子進(jìn)程節(jié)點(diǎn)。同時根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可