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并行计算在生物信息学中的运用和实现

作　者: 蒋安纳
导　师: 童春发
学　校: 南京林业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 生物信息 MPI 并行处理 phrap mpiphrap BLAST mpiblast HMMER
分类号: TP338.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 112次
引　用: 2次
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内容摘要

生物信息学是多门学科相互交叉而形成的一门新兴学科,是当今生命科学和自然科学的核心领域和最具活力的前沿领域之一。使用计算机系统进行科学计算和模拟已经成为现代生物研究最重要的方法之一。在生物信息学中,DNA序列的比对、拼接和基因表达数据的聚类分析是最常见也是重要的内容,它们数据量多、计算量大,对计算机的处理速度等性能要求较高。虽然高性能并行计算机能够满足大规模计算的需要,但其价格昂贵,使用成本高。本文提出使用PC机构建局域网络,开发并使用并行化的生物信息学软件。本文提出了一种可扩展的架构模式Bio_Mpi。在深入分析现有的phrap软件的前提下,针对并行计算环境,提出一种新的并行算法并实现了基于Bio_Mpi架构下的并行拼接软件mpiphrap。本文还针对mpiblast和HMMER这2款并行化的软件,给出了并行化接口并移植于Bio_Mpi架构下。最后,分别针对基于Bio_Mpi架构下mpiphrap、mpiblast和HMMER这3款软件进行了测试,并给出了在单节点和多节点运行环境的情况下的测试结果。试验数据表明mpiphrap、mpiblast和HMMER的并行化是高效可行的。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 国内外生物并行软件的研究现状  9-13
    1.2.1 并行计算的研究进展  9-10
    1.2.2 phrap 研究进展  10-11
    1.2.3 BLAST 研究进展  11
    1.2.4 HMMER 的研究进展  11-13
  1.3 本课题的研究意义和主要内容  13-15
    1.3.1 本课题的研究意义  13-14
    1.3.2 本课题的主要研究工作  14-15
第二章并行软件架构体系Bio_Mpi 的开发  15-26
  2.1 开发语言介绍  15-18
    2.1.1 MPI 简介  15
    2.1.2 通信域  15-16
    2.1.3 MPI 调用接口  16
    2.1.4 MPI 并行编程模式  16-17
    2.1.5 MPI 通信模式  17-18
  2.2 模型设计  18
  2.3 Bio_Mpi 架构图  18-19
  2.4 Bio_Mpi 的开发  19-21
    2.4.1 主节点的初始化串行处理过程  19-20
    2.4.2 各节点的并行处理过程  20
    2.4.3 主节点汇总处理过程  20-21
  2.5 mpiphrap 的开发  21-26
    2.5.1 mpiphrap 的并行思想  21-23
    2.5.2 mpiphrap 的并行算法  23-26
第三章并行软件架构体系Bio_Mpi 的测试  26-37
  3.1 Bio_Mpi 的测试环境  26
  3.2 mpiphrap 的测试  26-29
    3.2.1 杨树的mpiphrap 测试  26-28
    3.2.2 芝麻的mpiphrap 测试  28-29
  3.3 mpiblast 的测试  29-33
    3.3.1 测试使用的软件版本  29
    3.3.2 Swiss_Prot 数据库的测试  29-32
    3.3.3 env_nr 数据库的测试  32-33
  3.4 HMMER 的测试  33-37
    3.4.1 hmmbuild 的测试  33-34
    3.4.2 hmmsearch 的测试  34-37
第四章结束语  37-38
参考文献  38-40
附录A Fedora 操作系统中的设置  40-44
  1 Fedora 的准备工作  40
  2 创建NFS 服务  40
    2.1 服务器的设置  40
    2.2 客户机的设置  40
  3 创建SSH 信任连接  40-42
  4 安装MPICH2  42-43
  5 环境测试  43
  6 编写程序并运行  43
  7 卸载环境  43-44
附录B 安装mpiblast  44-48
  1 下载和解压  44
  2 安装ncbi  44-46
  3 安装mpiblast  46-47
  4 mpiblast 环境设置  47-48
附录C 安装HMMER3  48-49
  1 安装hmmer  48-49
详细摘要  49-50

并行计算在生物信息学中的运用和实现

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