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利用并行计算方法实现地震活动速率变化参数（Z值）的空间扫描处理及其计算效能评价

作　者: 刘桂平
导　师: 李闽峰
学　校: 中国地震局地震预测研究所
专　业: 固体地球物理
关键词: Z值空间扫描并行计算加速比并行效率 B/S结构
分类号: P315
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 47次
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内容摘要

地震活动平静一直是地震学者研究的重要方面,特别是地震平静前兆的提出,促进了前兆性地震平静的定量化研究,许多中强地震前的前兆性平静现象被报导出来,这些都说明了前兆性地震平静的有效性和普遍性。从方法分类来说,主要有地震活动时空分布演变图法、地震活动速率变化法和地震释放能量的系统偏离法。利用地震活动速率的变化法计算Z值一直是应用最为广泛的方法之一,为了选择更好的计算结果,需要有高精度的网格划分和等地震数的空间扫描窗口,这样的处理带来了相对于普通处理软件较难承受高计算量问题,另外由于地震活动性参数的空间扫描具有相似性,因此利用并行计算方法实现地震活动速率Z值的空间扫描具有通用的意义。本论文首先介绍了地震活动平静研究的提出、地震空区的提出以及前兆性地震平静的提出和各种研究方法,讨论了利用Z检验方法进行地震活动速率变化研究时所引起的困难现状,进而提出了研究的目的和研究的主要内容。考虑到并行计算在地震资料处理方面的重大应用前景,因此论文第二部分对并行计算的简单含义、并行计算机的发展背景、并行计算机的结构模型、并行计算机的访存模型进行了背景性知识的介绍,接着从Top500的角度分析了当前并行计算机的体系结构、处理器以及高性能网络的主流发展。PC集群的搭建是实现并行计算的前提,也是本论文工作的重要方面,因此论文的第三部分首先介绍了硬件的设置,接着详细介绍了为实现SSI(单一系统镜像)特征的服务软件的安装和配置,其中包括用于用户登陆实现的NIS、用于文件共享的NFS、用于统一时间的NTP、用于进行计算资源管理和作业调度的Torque/Maui、用于分布式监控集群节点各种性能的Ganglia以及用于实现并行计算环境的MPICH软件,最后介绍了适应大型地震数据资料处理的存储系统相关的SAN技术和并行文件系统PVFS。并行化处理是本论文介绍的第四部分,首先介绍了并行化处理的一般方法以及Z值的空间扫描的并行化处理方法、计算过程,接着利用计算实例来对比ZMAP软件和并行计算实现的Z值图,验证了Z值计算的有效性。并行计算性能测试一直是并行计算领域的研究热点,本论文的第五部分首先比较详细的介绍了并行计算的算法级性能指标加速比和并行效率的定义,接着从计算实例出发,获取了不同计算规模下较一致的良好加速比和并行效率测试结果,同时经过测试,利用小数据量的地震目录的处理可以推测大型地震数据并行化处理中读写时间对并行计算性能的影响,最后利用等平均速度方法对并行程序的可扩放性进行了初步的定量化测试获得很好的结果,为应用于大型集群系统提供了较为可靠的依据。为了适应目前科研工作实时性交互式获取地震资料处理结果的需求,本论文的一个重要工作就是探求一种基于Web的并行计算服务的实现。论文的第六部分首先详细介绍了CGI的基本概念和工作原理,接着介绍了Z值的空间扫描的Web服务实现方法和详尽的实现过程,最后撷取了一些Z值的空间扫描的结果示例。论文的最后一章是对整个论文工作的总结,包括研究的成果、研究的不足之处以及以后工作过程中需要改进的地方。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章引言  10-15
  1.1 研究的背景  10-12
  1.2 问题的提出  12-13
  1.3 研究的目的  13-14
  1.4 研究工作的内容  14-15
第二章并行计算机  15-21
  2.1 并行计算的概念  15
  2.2 并行机的发展背景  15
  2.3 并行机的结构模型  15-17
  2.4 并行机的访存模型  17-19
  2.5 当代并行机的发展趋势  19-21
第三章 PC 集群的建立  21-36
  3.1 硬件的组成  21
  3.2 SSI 的构建  21-32
    3.2.1 单一登录实现NIS  21-22
    3.2.2 单一文件系统NFS  22-23
    3.2.3 单一时间系统NTP  23
    3.2.4 作业管理系统Torque/Maui  23-27
    3.2.5 分布式监控系统Ganglia  27-32
    3.2.6 MPICH 的安装和配置  32
  3.3 集群存储系统  32-36
    3.3.1 存储区域网络SAN  33-34
    3.3.2 并行虚拟文件系统PVFS  34-36
第四章并行化处理  36-39
  4.1 并行化处理  36
  4.2 Z 值计算过程  36
  4.3 并行化处理Z 值与ZMAP 的Z 值比较  36-39
第五章并行计算效能测试与评价  39-48
  5.1 并行计算性能的指标  39-42
  5.2 加速比和并行效率测试  42-46
  5.3 可扩放性测试  46-48
第六章基于B/S 的并行计算可视化实现  48-60
  6.1 通用网关接口CGI  48
  6.2 实现原理  48-49
  6.3 实现过程  49-56
  6.4 结果显示示例  56-60
第七章结论与存在的问题  60-61
  7.1 主要结论  60
  7.2 存在问题及努力方向  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
作者简介  66

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