[發明專利]針對SMP集群系統采用MPI和OpenMP混合并行提高計算速度的方法

在審

• 申請號: 201310442102.4
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN104461467A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 羅海飆;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

1.一種針對SMP集群系統采用MPI和OpenMP混合并行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x₀、塊向量b和最大計算公差Tolerance，子稀疏矩陣A、子初始向量x₀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）根據初始值x₀，計算r=b-Ax₀；

2）p＝M^-1r；

3）ρ＝r^Tp；

4）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：

#pragmaompparallel{??/*開始OpenMP線程*/

5）fori=1,2,……??/*開始循環*/

6）#pragmaompparallelforreduction(+:α){

7）q＝Ap??/*稀疏矩陣向量乘*/

其中，具體包括以下步驟：

①多線程并行計算行循環：按行順序，i從0循環到稀疏矩陣最后一行，其中：

a)預先讀取子稀疏矩陣A第i行的數據，存到向量tmp中，

b)j從0循環到第i行非零值結尾，其中：

i.k=第i行第j個非零值的列指數，

ii.q[k]=tmp[j]*p[k]+q[k]，

②MPI非阻塞通信交換各節點的q；

8）α＝p^Tq??/*向量內積*/

9）}

10）α＝ρ/α

11）ρ_old＝ρ

12）#pragmaompparallelforreduction(+:ρ,error){

13）x＝x+αp??/*AXPY*/

14）r＝r-αq??/*AXPY*/

15）q＝M^-1r??/*向量內積*/

16）q＝r^Tq???/*向量內積*/

17）error＝r^Tr??/*向量內積*/

18）}

19）β＝ρ/ρ_old??

20）#pragmaompparallelfornowait{p＝q+βp}??/*AXPY*/

21）#pragmaompsingle{MPI_Allgather(error);

22）????If(error<tolerance)break}

23）}?????/*結束for循環和OpenMP多線程計算*/

（3）各計算節點的計算結果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。

2.如權利要求1所述的針對SMP集群系統采用MPI和OpenMP混合并行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所述的針對SMP集群系統采用MPI和OpenMP混合并行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。

4.如權利要求1所述的針對SMP集群系統采用MPI和OpenMP混合并行提高計算速度的方法，其特征在于：并行計算執行過程中，計算節點間（即進程間）通過MPI消息傳遞方式通信數據，在計算節點內（即進程內）通過OpenMP線程組的共享內存方式實現數據共享

5.如權利要求1所述的針對SMP集群系統采用MPI和OpenMP混合并行提高計算速度的方法，其特征在于：每一子稀疏矩陣的存儲格式為CSR。