基于機群的并行計算環(huán)境研究及其在Occam反演中的應(yīng)用.pdf

1、機群以其良好的靈活性和可擴展性及性能價格比，獲得了越來越多的大學及科研機構(gòu)的青睞。目前的許多研究是在并行機機群或工作站機群上進行的。本文介紹了并行計算的基本理論及支持網(wǎng)絡(luò)并行計算的環(huán)境PVM(Parallel Virtural Machine)。以最小成本建立了基于PVM的COW(Cluster Of Workstation)型的PC機群并行系統(tǒng)，為此后的Occam反演的并行提供了必要的硬件基礎(chǔ)。首先搭建多節(jié)點機群，然后利用Ping-P

2、ong原理對節(jié)點間的通信延遲進行了測試，以及利用矩陣相乘對機群的性能進行了測試，其加速比和效率最高分別達到了4.78與0.85，則該機群的性能比較理想。此外，在該機群環(huán)境下，注意了并行粒度的控制，盡可能地減少通信次數(shù)。 其次，在大地電磁(MT)反演方法中，Occam反演由于其穩(wěn)定收斂以及不依賴于初始模型的特性而得到廣泛應(yīng)用，但是拉格朗日乘子的求取導(dǎo)致大量的模型正演，使得反演速度較低。為此，本文研究了用基于PC機群的并行計算來解決

3、這一問題的方法。首先首先全面分析了Occam反演基本原理和方法，挖掘了計算中的并行成分；然后拉格朗日乘子掃描采用μ值計算一級的大粒度并行；給出了并行計算的實現(xiàn)方法與實現(xiàn)流程圖，將掃描任務(wù)編組分派到不同的節(jié)點完成，即在PC機群上，利用主一從編程模式實現(xiàn)Occam反演的并行計算。主進程(Master)維持全局數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，負責任務(wù)的劃分和派發(fā)以及計算結(jié)果的接收和組合；子進程(Slave)負責給定任務(wù)的計算以及計算結(jié)果的返回。對于μ值采用掃描方式

4、時計算量相對較大，但能提供給定區(qū)間中各μ值的擬合差曲線，且由于μ值點固定，計算也獨立，因而利用掃描方式實現(xiàn)并行。除此之外，在形成偏導(dǎo)數(shù)矩陣過程中，由于正演部分各頻點是獨立計算的，頻點間不存在數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，采用基于頻點計算的大粒度并行方式。 此外，負載均衡也是要考慮的問題，綜合平衡各節(jié)點的計算量，可獲得更為合理的并行效率。由于主進程計算量不大，為充分利用資源，不設(shè)置專用的控制節(jié)點，主進程節(jié)點同時也用作子進程節(jié)點。同時根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，可