[發明專利]一種基于超級計算機的HLA仿真程序的對象調度方法

有效

• 申請號: 201210370492.4
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102880517A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 劉步權;姚益平;王懷民;蔣志文;鄢來斌;曲慶軍;朱敏;彭紹亮;曾亮;蔡勛;王文珂
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F9/48;G06F17/50
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 郭敏

技術領域：本發明涉及基于超級計算機的HLA仿真程序的對象調度方法，特別是將HLA仿真程序中的各個仿真對象調度到超級計算機的眾多CPU核中并行執行的方法。

背景技術：近年來，中國的超級計算機取得了舉世矚目的成就。2010年11月，由國防科技大學研制的“天河一號”和曙光公司研制的“星云”千萬億次超級計算機分列世界超級計算機500強的第一名和第三名。國家已經在北京、上海、深圳、天津、濟南、廣州、長沙等地建立了超算中心，并在這些超算中心安裝了百萬億次至千萬億次的超級計算機，這對于普及和提升我國的高性能并行計算技術水平必將產生重要的影響。如何高效利用這些計算資源是當前面臨的重要研究問題，而大規模并行仿真是超級計算機的一個重要應用領域。

高層體系結構HLA（High?Level?Architecture）是一個最初由美國國防部建立的仿真標準，現在已經發展成為IEEE國際仿真標準，而按照HLA標準實現的軟件則被稱為運行支撐軟件RTI(Run-Time?Infrastructure)。HLA主要應用于由“微機+網絡”構成的分布式仿真系統，代表著當今分布式仿真技術的主流，我國的很多分布式仿真系統都是基于RTI軟件開發的。在HLA標準中，當仿真程序運行時，相應的運行進程被稱之為仿真成員（Federate）；所有仿真成員構成一個聯邦（Federation）。RTI通常由一個“中心RTI部件”與多個“本地RTI部件”組成，本質上是一個用于仿真程序之間互操作的通信軟件。“中心RTI部件”負責維護與全局相關的信息；每個“本地RTI部件”以動態鏈接庫或靜態庫的方式與一個仿真成員綁定在一起，負責將仿真成員的消息發送到其他仿真成員的“本地RTI部件”，以及將來自其他仿真成員的“本地RTI部件”的消息回調給仿真成員。一個“本地RTI部件”通常包含7個部件：聯邦管理部件、聲明管理部件、所有權管理部件、對象管理部件、時間管理部件、數據分發管理部件、通信部件。前6個部件用于實現HLA標準中規定的6項功能，而通信部件則用于實現“本地RTI部件”與“中心RTI部件”之間的通信，以及“本地RTI部件”與其他仿真成員的“本地RTI部件”之間的通信。

然而，基于HLA標準開發的RTI軟件卻不適合面向超級計算機的并行仿真系統。隨著仿真技術的發展及應用的不斷深入，基于超級計算機運行的并行仿真系統通常都很復雜，不僅仿真對象數目多，而且仿真對象的計算量大，相互間的通信量也很大。現有的RTI軟件只是一個通信軟件，缺乏對仿真對象的分發調度功能，如果在超級計算機上運行由RTI軟件開發的復雜仿真系統，則會存在以下兩個問題。（1）計算瓶頸。當一個仿真成員中包含很多仿真對象時，RTI無法將它們分散到超級計算機的多個CPU核中并行運行，因此這些仿真對象只能串行運行在超級計算機的一個CPU核中，彼此會競爭CPU資源，造成計算瓶頸，從而導致仿真效率低。（2）通信瓶頸。由于一個仿真成員只能通過一個“本地RTI部件”發送和接收消息。當一個仿真成員包含很多仿真對象時，這些仿真對象只能共享一個“本地RTI部件”。因此，一方面，一個仿真成員中的多個仿真對象產生的消息只能一個接一個地由“本地RTI部件”發送給其他仿真成員的“本地RTI部件”；另一方面，一個“本地RTI部件”只能串行地從其他仿真成員的“本地RTI部件”接收消息，再將這些消息串行轉發給仿真成員中的各個仿真對象。以上兩個原因直接導致現有HLA仿真系統的仿真規模不大，仿真成員數不可能太多，因而不能充分發揮超級計算機的成千上萬個CPU核的作用。

目前有一些基于超級計算機實現并行仿真的方法。