基于MPIch2并行FDTD算法C實(shí)現(xiàn)的探討

1.78萬(wàn)字
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【摘要】在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，人們對(duì)高性能計(jì)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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代許多領(lǐng)域中具有挑戰(zhàn)的大規(guī)模計(jì)算的問(wèn)題，所以并行處理的研究是很有必要的。
本文針對(duì)FDTD方法局域性的特點(diǎn)，在三維虛擬拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，對(duì)三維區(qū)域進(jìn)行分割；建立自定義數(shù)據(jù)類(lèi)型，從而不需要進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)打包和解包，由于打包和解包過(guò)程中中間變量減少，從而減少通信開(kāi)銷(xiāo)；采用阻塞式數(shù)據(jù)通信，提高了子域間的通信效率。通過(guò)對(duì)基于MPI并行FDTD算法邊界問(wèn)題的并行化處理，以及負(fù)載平衡問(wèn)題的討論，從而得出并行FDTD算法的并行性能。最后以C指針?lè)绞綄?shí)現(xiàn)了三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立與訪問(wèn)，并作了簡(jiǎn)單測(cè)試。

關(guān)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(jì)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(jì)算基本理論 4
2.1 并行計(jì)算概述 4
2.2 并行計(jì)算環(huán)境 5
2.4 并行計(jì)算算法分類(lèi) 8
2.5并行算法的設(shè)計(jì) 8
3.MPI消息傳遞機(jī)制及程序設(shè)計(jì) 10
3.1消息傳遞機(jī)制 10
3.2 MPI系統(tǒng)簡(jiǎn)介 10
3.3 MPI通訊模型 11
3.4 MPI數(shù)據(jù)類(lèi)型 13
3.5 MPI實(shí)現(xiàn) 13
3.6 簡(jiǎn)單的MPI程序 14
3.7 MPI 并行程序設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn) 23
5.1 創(chuàng)建三維笛卡爾拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 23
5.2 數(shù)據(jù)通信 25
5.3 三維FDTD并行計(jì)算的流程 28
6.基于MPI并行FDTD算法的C實(shí)現(xiàn) 32
6.1 三維笛卡爾拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的C實(shí)現(xiàn) 32
7.總結(jié)與展望 48
致謝 50
參考文獻(xiàn) 51