并行程序设计

摘要： 我是国防科技大学高性能计算系列课程负责人,天河拔尖班专家组成员,主讲并行计算系统、并行程序设计、高性能计算等课程,并参与了ACM/IEEE CC2020工作,特别感兴趣拔尖人才的胜任力培养方面的问题。高性能计算相关课程对学生系统能力、并行计算思维、问题求解能力都有极高要求,因此之前做了一些相关教学研究与实践探索。

摘要： 内容简介本书主要介绍计算机组成与系统结构涉及的相关概念、理论和技术,主要内容包括指令集体系结构、数据的表示和存储,以及实现指令集体系结构的计算机各部件的内部工作原理、组成结构及其相互连接。本书共分9章:第1章对计算机系统及其性能评价进行概述性介绍;第2—3章主要介绍数据的机器级表示和运算,以及运算部件的结构与设计;第4—6章介绍指令系统、各种CPU设计技术及指令流水线;第7章主要介绍包含主存、外存、cache和虚拟存储器在内的存储器层次结构;第8章介绍总线互连及输入输出系统;第9章介绍并行处理计算系统的基本硬件结构和并行程序设计编程模型。

摘要： 分析在计算机专业开展课程思政的紧迫性和并行程序设计课程的重要性,提出该课程线上线下混合的教学方式,梳理该课程的思政目标,最后论述两个教学设计案例,介绍线上方式和探究式教学法在可重入函数教学中的应用,以及线下方式和试错教学法在缓存一致性与伪共享教学中的应用.

摘要： 针对离散小波变换过程比较耗时、不利于实际工程应用的问题,提出利用基于GPU平台的CUDA技术对小波变换算法做并行化改造,从而提高算法执行效率.该文分析了小波Mallat算法并行化的可行性,并详细介绍了算法的改造过程.实验表明,基于GPU/CUDA技术的并行小波Mallat算法,相较于串行小波变换算法,执行速度最高提升了50余倍,且算法效率与计算量成正向关系.

摘要： JPEG有损压缩算法以DCT变换算法为核心,但DCT变换算法较为耗时,为提升图像压缩效率,提出利用基于GPU平台的CUDA技术对DCT算法做并行优化.通过分析DCT变换算法的原理,发现DCT算法具有很好的并行性,优化空间较大,于是利用CUDA技术实现高速DCT并行算法.实验结果表明,在一张2592×2592分辨率的图像做DCT变换,加速比能达到124.5,算法效率得到明显提升,且压缩效果无显著差异.

摘要： 针对离散小波变换过程比较耗时、不利于实际工程应用的问题,提出利用基于GPU平台的CUDA技术对小波变换算法做并行化改造,从而提高算法执行效率。该文分析了小波Mallat算法并行化的可行性,并详细介绍了算法的改造过程。实验表明,基于GPU/CUDA技术的并行小波Mallat算法,相较于串行小波变换算法,执行速度最高提升了50余倍,且算法效率与计算量成正向关系。

摘要： 为提高单炮多发同时弹着的弹道计算精度,基于标准条件下二维质点弹道方程和真空二维弹道斜射程公式,提出了一种局部插值算法.通过缩小插值区间加密插值序列提高弹道计算精度,研究了该局部插值算法的MPI并行实现方法,该方法可有效减少弹道计算消耗的时间,保证计算耗时满足战场要求.给出了并行计算的任务分配方案和并行效率的计算.并行效率与计算核心数量的关系表明弹道计算机的 CPU 核心数存在一个上限.以5~15 km射程的同时弹着弹道计算为例,验证了该文算法的有效性和高效性.%In order to improve the computation accuracy of the ballistics for multiple-round simultaneous-impact( MRSI) of single artillery, the local interpolation algorithm ( LIA) was proposed based on 2D particle trajectory equation under standard conditions and vacuum 2D trajectory oblique-range formula. It can obviously improve the accuracy to reduce the interpolation interval and increase interpolation sequence. The MPI based parallel computation technique was used in the local interpolation algorithm. The method can effectively reduce the computation time and ensure the computation time satisfy battlefield requirements. The task allocation scheme in the parallel computation was given,and the parellel efficiency was computed. Relationship between this parallel computation efficiency and the number of CPU cores used shows that there is an upper limit on number of CPU cores of ballistic computer. The MRSI computa-tion task was carried out with range between 5 km to 15 km to verify the validity and efficiency of the algorithm.

摘要： A*算法是一种在求解最短路径时最常用也是最有效的直接搜索方法,也是在图论、人工智能、智能控制等领域最常用的启发式搜索算法.路径问题在日常工作、生活中是一个非常常见的问题,对搜索算法进行优化是解决路径问题的非常重要的一步.在简单介绍Dijkstra算法和传统的A*算法并使用Python编程实现的基础上,针对常规A*算法时间性能较差的问题,利用Python编程实现双向A*寻路算法,针对A*算法的改进进行探讨.

摘要： 任务并行程序设计模型已成为并行程序设计的主流,其通过发掘任务并行性来提高并行计算机的系统性能.提出一种支持容错的任务并行程序设计模型,将容错技术融入到任务并行程序设计模型中,在保证性能的同时提高系统可靠性.该模型以任务为调度、执行、错误检测与恢复的基本单位,在应用级实现容错支持.采用一种Buffer-Commit计算模型支持瞬时错误的检测与恢复;采用应用级无盘检查点实现节点故障类型永久错误的恢复;采用一种支持容错的工作窃取任务调度策略获得动态负载均衡.实验结果表明,该模型以较低的性能开销提供了对硬件错误的容错支持.

摘要： OpenMP有循环级和SPMD(单程序多数据)两种编程方式。本文详细介绍了三维分子动力学模拟程序MDP的两种OpenMP并行程序设计方法。循环级方式的OpenMP程序编程简单但可扩展性很差;SPMD方式的OpenMP程序可以将数据局部化,实现粗粒度的并行,获得良好的可扩展性.测试结果表明,循环级方式的OpenMP程序只在处理器数据局少时有较好的加速比,而SPMD方式的OpenMP程序具有跟MPI相当的并行性能,可以近似线性地扩展到4096个处理器。

摘要： 受到部件亚健康、共享资源的竞争使用、操作系统干扰等因素的影响,运行中的高性能计算机各部件的实际输出性能存在波动现象.随系统规模、数值模拟程序并行度的增大,局部部件性能不稳定性的影响会被放大,从而严重制约数值模拟程序的性能及可扩展性、降低系统运行效率.在此背景下,高性能计算机的性能不稳定现象成为高性能计算机系统、数值模拟应用双方共同关注的问题,针对该问题的深入研究对于未来E级海量并行场景的系统软硬件设计、大规模数值模拟应用程序的设计均具有参考意义.本文从性能不稳定性的量化、原因定位、影响评估及消除策略四个方面剖析相关研究的现状和发展动态:1)从计算、访存、通信三方面介绍高性能计算机性能不稳定度的量化方法;2)分析各类性能不稳定因素的原因及其定位方法;3)针对各类性能不稳定性原因,从理论分析、实际测量、仿真分析三个方面梳理系统性能不稳定性对数值模拟应用的影响评估机制;4)从系统管理机制、系统软件研制、并行程序设计等方面总结降低性能不稳定影响的各类手段.最后,分析研究现状与实际需求的差距,并展望未来的研究思路.

摘要： 阐述了三维多物质流体弹塑性并行程序设计的一般过程，分析了在并行程序设计中数据相关性产生的原因；采用基于消息传递模式的MPI设计出相应的MMIC3D并行程序。针对聚能射流，采用课题组自主开发的前处理软件Mesh3D设计射流模型，在SMP机测试表明修改后的并行算法保证了原有串行程序的计算精度，增大了计算规模，并得到了理想的加速比；可以成为工程应用的有效参考，为工程设计提供了有效的理论依据。

摘要： Petri网T精炼操作对于网性质有着良好保持关系.基于这些操作给出了MPI并行程序逐步求精的设计方法,并给出了设计思路.该方法可以减少程序中通讯有关的错误.

摘要： 研究了Petri网T精炼和P精炼操作,分别讨论了T精炼操作对于状态不减性、行为相关性、公平性和等保持关系.基于这些操作给出了MPI并行程序逐步求精的设计方法,给出了设计思路,有助于减少了程序中通讯有关的错误.

摘要： 从方便用户进行并行程序设计的角度出发,开发了一个基于图形的可视化并行程序开发平台.该平台主要由三层构成,在应用层用户通过图形的方式确定各进程间的通信关系;在进程层使用平台提供的图标完成相应的程序设计;最后,在代码层通过代码产生器生成并行程序.图形方式隐藏了并行机制,降低了并行程序设计的难度。

摘要： 本文讨论了在局域网络上建立一种方便使用的并行计算环境的方法,这个环境的目的在于方便使用,帮助初学并行程序设计的同学快速入门.

摘要： 大规模地形的快速绘制一般采用层次细节(LOD)模型，需要在预处理阶段使用网格简化算法对模型进行简化。简化质量与简化效率间的矛盾一直是各种简化算法所需面临的问题。本文通过利用通用的并行编程环境MPI，提出了一种基于四叉树网格剖分的并行简化算法，通过并行化达到提高算法效率的目的，并就模型拼接及负载平衡进行了相关讨论。最后，本文通过具体实例在集群环境下验证了算法的有效性，得到了较好的并行效果。

摘要： 大规模地形的快速绘制一般采用层次细节(LOD)模型，需要在预处理阶段使用网格简化算法对模型进行简化。简化质量与简化效率间的矛盾一直是各种简化算法所需面临的问题。本文通过利用通用的并行编程环境MPI，提出了一种基于四叉树网格剖分的并行简化算法，通过并行化达到提高算法效率的目的，并就模型拼接及负载平衡进行了相关讨论。最后，本文通过具体实例在集群环境下验证了算法的有效性，得到了较好的并行效果。

摘要： 大规模地形的快速绘制一般采用层次细节(LOD)模型，需要在预处理阶段使用网格简化算法对模型进行简化。简化质量与简化效率间的矛盾一直是各种简化算法所需面临的问题。本文通过利用通用的并行编程环境MPI，提出了一种基于四叉树网格剖分的并行简化算法，通过并行化达到提高算法效率的目的，并就模型拼接及负载平衡进行了相关讨论。最后，本文通过具体实例在集群环境下验证了算法的有效性，得到了较好的并行效果。

摘要： 本申请公开了一种云手机自动化运行程序设计方法和系统，方法包括：设置云手机服务器，包括多个云手机；在云手机中编写应用的自动化运行程序；将应用的自动化运行程序在云手机上进行配置；客户端向云手机服务器发送应用请求；云手机服务器根据应用请求分配一个已安装应用的云手机给客户端；客户端启动被分配的云手机，打开云手机上已安装的应用；云手机自动唤起应用的自动化运行程序；客户端确认应用的自动化运行程序；云手机执行应用的自动化运行程序。本发明在云手机中编写应用的自动化运行程序，编写过程无需系统权限，并且可自由扩展和撰写，使应用的自动化运行程序具有高扩展性和可开发性，并且保护了用户的隐私，增加了用户信任度。

摘要： 本发明涉及一种用于航天器在轨推进剂补加的飞行程序设计方法，包括以下步骤：a.将推进剂补加过程中的航天器的飞行程序划分为多个子程序模块；b.根据推进剂补加方案中确定的补加贮箱类型和数量确定相应的子程序模块；c.按照时间轴顺序依次执行所述相应的子程序模块。根据本发明的用于航天器在轨推进剂补加的飞行程序设计方法可以解决推进补加各子事件间相互约束导致具体飞控实施难度大的问题，同时极大减轻地面飞控人员的工作量，缩短了推进补加的实施时间。

摘要： 本发明公开了一种基于航空噪声限制区域拟合的消噪飞行程序设计方法，首先采集目标机场预测交通流的流量、流向和机型数据，然后将机场周边学校、医院等相应敏感点的噪声等级要求，转化为三维空间内的航空噪声限制区域，采用最小二乘法拟合建立限制区域边界的空间曲面方程，最后通过求解起始航路点到曲面的切线，获得距离最优的消噪飞行程序。本发明避免了以往只有在设计飞行程序后才可以计算地面航空噪音的问题，提升设计工作效率，并且通过建立噪音限制问题解析模型，提高消噪飞行程序设计精确性。

摘要： 本申请公开了一种云手机自动化运行程序设计方法和系统，方法包括：设置云手机服务器，包括多个云手机；在云手机中编写应用的自动化运行程序；将应用的自动化运行程序在云手机上进行配置；客户端向云手机服务器发送应用请求；云手机服务器根据应用请求分配一个已安装应用的云手机给客户端；客户端启动被分配的云手机，打开云手机上已安装的应用；云手机自动唤起应用的自动化运行程序；客户端确认应用的自动化运行程序；云手机执行应用的自动化运行程序。本发明在云手机中编写应用的自动化运行程序，编写过程无需系统权限，并且可自由扩展和撰写，使应用的自动化运行程序具有高扩展性和可开发性，并且保护了用户的隐私，增加了用户信任度。

摘要： 一种飞行程序设计业务规则检查的方法及装置，检查方法创新、实用、高效，检查结果科学、合理，建立了飞行程序领域模型和关键参数标准库，解决了标准化管理和保存问题，解决了规范检查遗漏和使用不统一的问题，对不符合规范的规则检查项进行出错定级，并可定位到具体的参考文件出处，用于提示设计或审核人员注意。方法包括：(1)建立业务规则检查库结构；(2)建立领域模型及其属性值；(3)建立飞行程序数据标准库；(4)建立业务表达式树结构；(5)录入设计规范业务规则；(6)生成业务规则检查结果。

摘要： 本发明涉及一种用于航天器在轨推进剂补加的飞行程序设计方法，包括以下步骤：a.将推进剂补加过程中的航天器的飞行程序划分为多个子程序模块；b.根据推进剂补加方案中确定的补加贮箱类型和数量确定相应的子程序模块；c.按照时间轴顺序依次执行所述相应的子程序模块。根据本发明的用于航天器在轨推进剂补加的飞行程序设计方法可以解决推进补加各子事件间相互约束导致具体飞控实施难度大的问题，同时极大减轻地面飞控人员的工作量，缩短了推进补加的实施时间。

摘要： 本实用新型公开了一种民航机场飞行程序设计图纸快速处理装置，包括柜体，所述柜体正面铰接有两个门板，两个所述门板均分别连接有一个把手，所述柜体内部固定连接有多个支撑板，多个所述支撑板上表面固定连接有多个收纳盒，多个所述收纳盒内部固定连接有多个隔板，多个所述收纳盒正面固定连接有多个记号牌、一个编号牌和一个拉把，所述柜体下表面固定连接有四个支撑腿，其中一个所述门板正面固定连接有一个标号牌，所述柜体上表面连接有热风机，多个所述支撑板两侧均分别开设有一个槽口，所述热风机两侧面分别固定连接有一个输气管道，且两个所述输气管道贯穿多个所述槽口分别固定连接有一个输风机，所述柜体上表面固定连接有放置箱。

摘要： 一种用以支援并行程序设计的装置，它包括用以将具有并行结构的第一并行程序转换为能被顺序执行之串行程序的串行程序设计单元；用以为串行程序排除错误并形成排除错误信息的排除错误单元；以及根据该排除错误信息，对已排除错误的串行程序进行并行程序设计，将该串行程序转换为第二并行程序的并行程序的程序设计单元。上述装置中，排除错误单元包括用以将与并行有关的信息引入串行程序的单元。

摘要： 本发明属于多核并行程序设计中的编程环境、模型与方法领域。为提供一种对非特定的多核平台系统中软件开发提供支持的多核并行程序设计的可视化建模及代码框架生成方法，本发明采用的技术方案是，多核并行程序设计的可视化建模及代码框架生成方法，提供一个图形化用户交互界面，有一套预定义的构造块图元和一个图形编辑区，每一个构造块图元都有特定名称、属性、含义和用法，各种构造块图元，包括主线程图元、子线程图元、线程交互图元，都有与其对应的不同的属性；还有构造块组合的构造规则；设计人员可以根据需求分析的结果，按照构造规则，拖拽构造块图元到编辑区，进行多核并行程序的设计。本发明主要应用于提供编程环境、模型与方法。

摘要： 本发明公开了一种基于可视化建模的MPI并行程序设计系统及框架代码自动生成方法，用户界面层基于可视化操作界面向代码生成层提供模型；代码生成层用于对模型进行解析，其中用户界面层包括用于图形化建模的图形编辑器和作为生成代码框架修改环境的代码编辑器，代码生成层包括算法骨架模块、模型验证模块和代码生成模块，算法骨架模块用于描述模式的特征和行为，将设计模式进行再次的封装，提供程序框架；模型验证模块用于在代码生成前对模型的逻辑正确性进行验证，代码生成模块用于根据用户需求不同调用不同的并行标准库。与现有技术相比，本发明具有很好的通用性，即使不具备专业编程知识的专业人员，也可以通过可视化的建模方式自形生成代码框架。