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多核环境下的负载均衡方法研究与设计

作　者: 李敬喆
导　师: 马礼
学　校: 北方工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 多核负载均衡加速比海量数据 Bézier曲面
分类号: TP332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着多核计算机的发展及多核处理器的普及,目前基于多核处理器的并行计算已经成为了高性能计算的首要选择。多核计算机已经可以完成许多大规模计算任务,然而当前大部分的程序设计依然停留在传统的串行程序设计方法上,这就使得设计出来的程序无法使各个处理器核心负载均衡的工作,从而无法充分利用多核处理器的处理能力。尤其是在高精度复杂曲面的构建上,传统的串行程序面对大数据量、高精度的曲面造型已经出现了处理速度瓶颈从而严重影响了相关系统的有效性。不难看出,多核环境下针对高精度复杂曲面构建问题的负载均衡研究存在重要意义。在高精度复杂曲面构建问题中,对海量数据的提取及处理和高精度曲面的生成是构成系统时间消耗的两大部分,为此如何通过多核环境下的负载均衡设计达到上述两部分的性能提升是突破处理速度瓶颈的关键。研究将首先针对存储器与辅助存储器内的数据读取及处理问题提出基于多核环境的海量数据快速提取方法。此方法采用动态与静态结合的负载均衡策略,以内存映射文件方法和基于视图映射粒度的划分方式为基础实现了在多核平台下针对海量数据的高速并行提取及处理。而后,选取计算机图形学中的一类重要曲面-Aezier曲面,提出多核环境下的Bezier曲面快速生成算法。此方法通过cache划分的矩阵存储结构优化策略对高阶、高密度Bezier曲面的生成进行了负载均衡设计,利用OpenMP实现并达到了较高的效率。最后,通过实验表明基于多核环境的海量数据快速提取方法充分发挥了多核环境的特点,并在数据量增大的情况下有良好的扩展性。多核环境下的Bezier曲面快速生成算法分别在双核、四核、八核的处理器平台上针对高阶、高密度Bezier曲面生成问题进行测试,达到了较好的加速比和CPU利用率。验证了算法的良好并行效率和扩展性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 引言  9-14
  1.1 课题研究背景  9-10
  1.2 课题研究的目的及意义  10-12
  1.3 论文的组织结构  12-14
2 并行程序与负载均衡  14-24
  2.1 并行程序设计与实现  14-18
    2.1.1 并行程序设计方法  14-15
    2.1.2 并行程序实现  15-18
  2.2 并行程序性能分析  18-20
    2.2.1 加速比性能定律  18-19
    2.2.2 等效率度量标准  19-20
  2.3 负载均衡基础  20-24
    2.3.1 负载均衡算法分类  20-21
    2.3.2 负载均衡算法  21-24
3 多核环境下负载均衡设计  24-38
  3.1 典型负载均衡模型  24
    3.1.1 递归对剖  24
    3.1.2 局部算法  24
    3.1.3 概率方法  24
    3.1.4 循环映射  24
  3.2 海量数据快速读取及处理的负载均衡设计  24-30
    3.2.1 内存映射文件  24-27
    3.2.2 解决方案分析与设计  27-30
  3.3 Bezier曲面快速生成的负载均衡设计  30-38
    3.3.1 Bezier曲面  30-31
    3.3.2 解决方案分析与设计  31-38
4 负载均衡方法实现  38-45
  4.1 并行内存映射文件算法实现  38-42
  4.2 快速Bezier曲面生成算法并行化实现  42-45
5 实验验证  45-54
  5.1 海量数据快速提取及处理方法验证  45-49
    5.1.1 实验结果及分析  45-48
    5.1.2 实验结论  48-49
  5.2 快速Bezier曲面生成算法验证  49-54
    5.2.1 实验结果及分析  49-53
    5.2.2 实验结论  53-54
6 结论与展望  54-55
参考文献  55-59
在学研究成果  59-60
致谢  60

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