[發明專利]基于MPI和OpenMP混合編程模型并行計算提高計算速度的方法

有效

• 申請號: 201310442075.0
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN104461466B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 羅海飆;王婷;陳春艷;廖俊豪
• 申請（專利權）人: 廣州中國科學院軟件應用技術研究所
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 肖云

1.一種基于MPI和OpenMP混合編程模型并行計算提高計算速度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)計算準備

a)啟動MPI多進程計算，其中進程數小于或等于可用計算節點數目；

b)每個進程讀入子稀疏矩陣A、子初始向量x⁽⁰⁾、塊向量b和最大計算公差Tolerance，子稀疏矩陣A、子初始向量x⁽⁰⁾和塊向量b是通過網格劃分軟件劃分問題的計算域后生成；

(2)開始預條件共軛梯度法的MPI+OpenMP并行的循環計算；

1)根據子初始向量x⁽⁰⁾，計算r⁽⁰⁾＝b-Ax⁽⁰⁾；

2)每個進程開啟OpenMP多線程編譯指令，其中線程數小于或等于該線程所處計算節點可用CPU核數目；

3)開始for i＝1,2,...循環；

4)#pragma omp for指令多線程并行計算Mz^(i-1)＝r^(i-1)M^-1，其中M^-1是預條件子，是矩陣A的逆；

5)#pragma omp for指令多線程并行計算

6)#pragma omp single指令單線程進行MPI通信，MPI_Allreduce函數歸約各計算節點的ρ_i-1；

7)if i＝1p⁽¹⁾＝z⁽⁰⁾elseβ_i-1＝ρ_i-1/ρ_i-2；

8)#pragma omp for指令多線程并行計算p⁽ⁱ⁾＝z^(i-1)+β_i-1p^(i-1)；

9)#pragma omp for指令多線程并行計算q⁽ⁱ⁾＝Ap⁽ⁱ⁾；

10)#pragma omp for指令多線程并行計算α_i＝ρ_i-1/p^(i)Tq⁽ⁱ⁾；

11)#pragma omp reduction指令多線程并行計算x⁽ⁱ⁾＝x^(i-1)+α_ip⁽ⁱ⁾；

12)#pragma omp reduction指令多線程并行計算r⁽ⁱ⁾＝r^(i-1)-α_iq⁽ⁱ⁾；

13)#pragma omp single指令單線程進行MPI通信，MPI_Allreduce函數歸約各計算節點r⁽ⁱ⁾的范數；

14)if||r⁽ⁱ⁾|＜Tolerance,循環迭代終止；else goto 3)；

15)end；

(3)各計算節點的計算結果x⁽ⁱ⁾歸約后得到最終計算結果；

并行計算時，首先MPI進程啟動，對問題進行多進程分解，開始節點間的并行，每個MPI進程被分配到一個計算節點上，進程間使用消息傳遞交換信息；然后在每個MPI進程中，使用OpenMP制導指令創建一組線程，并分配到計算節點的不同處理器上并行執行；

并行計算執行過程中，可以訪問的存儲空間分為三級存儲空間，進程控制的處理器全局共享第一級存儲空間，線程組共享第二級存儲空間，線程私有第三級存儲空間。

2.如權利要求1所述的基于MPI和OpenMP混合編程模型并行計算提高計算速度的方法，其特征在于：所述網格劃分軟件可為Metis或ParMetis。

3.如權利要求1所述的基于MPI和OpenMP混合編程模型并行計算提高計算速度的方法，其特征在于：開啟MPI多進程計算和OpenMP多線程計算后，能夠針對多核SMP集群多核、多節點的硬件資源特性，實現計算節點間和計算節點內的兩級并行。