基于MPIch2并行FDTD算法C實現(xiàn)的探討

1.78萬字
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【摘要】在計算機技術(shù)飛速發(fā)展的今天，人們對高性能計算的要求也在不斷地提高。在客觀條件的限制下，單處理器遠遠不能滿足現(xiàn)代許多領域中具有挑戰(zhàn)的大規(guī)模計算的問題，所以并行處理的研究是很有必要的。
本文針對FDTD方法局域性的特點，在三維虛擬拓撲結(jié)構(gòu)上，對三維區(qū)域進行分割；建立自定義數(shù)據(jù)類型，從而不需要進行頻繁的數(shù)據(jù)打包和解包，由于打包和解包過程中中間變量減少，從而減少通信開銷；采用阻塞式數(shù)據(jù)通信，提高了子域間的通信效率。通過對基于MPI并行FDTD算法邊界問題的并行化處理，以及負載平衡問題的討論，從而得出并行FDTD算法的并行性能。最后以C指針方式實現(xiàn)了三維拓撲結(jié)構(gòu)的建立與訪問，并作了簡單測試。

關鍵字：MPI; FDTD; 并行


【Abstract】 With the rapid development of computer technology, people require high performance computing continue to improve. Under the objective conditions, a single processor can not meet the problems of modern challenges in many areas with large-scale computing research in parallel processing is necessary.
In this paper, the characteristics of the FDTD method localized in the three-dimensional virtual topology of three-dimensional region segmentation；Build custom data types, eliminating the need for frequent data packing and unpacking, since the middle variables of packing and unpacking process reduction, thereby reducing communication overhead; using blocking data communications, improve the communication efficiency sub-domains. Through discussion of parallel FDTD method based on MPI parallel processing of border issues, and load balancing issues, so as to arrive parallel performance parallel FDTD algorithm. Finally, through the realization of C pointers to establish access to the three-dimensional topology, and made a simple test.

KEY WORD：MPI; FDTD; parallel


目錄
1.引言 1
1.1并行計算的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 1
1.2 本論文的研究意義及主要工作 2
2.并行計算基本理論 4
2.1 并行計算概述 4
2.2 并行計算環(huán)境 5
2.4 并行計算算法分類 8
2.5并行算法的設計 8
3.MPI消息傳遞機制及程序設計 10
3.1消息傳遞機制 10
3.2 MPI系統(tǒng)簡介 10
3.3 MPI通訊模型 11
3.4 MPI數(shù)據(jù)類型 13
3.5 MPI實現(xiàn) 13
3.6 簡單的MPI程序 14
3.7 MPI 并行程序設計模式 16
4.FDTD基本理論分析 18
4.1 FDTD基本原理 18
4.2 穩(wěn)定性條件 19
4.3 吸收邊界條件 20
4.4 譆@∏蛻⒊∏� 21
5.基于MPI的三維FDTD并行算法實現(xiàn) 23
5.1 創(chuàng)建三維笛卡爾拓撲結(jié)構(gòu) 23
5.2 數(shù)據(jù)通信 25
5.3 三維FDTD并行計算的流程 28
6.基于MPI并行FDTD算法的C實現(xiàn) 32
6.1 三維笛卡爾拓撲結(jié)構(gòu)的C實現(xiàn) 32
7.總結(jié)與展望 48
致謝 50
參考文獻 51