[發明專利]均衡非結構網格單元計算量的并行負載均衡方法

有效

• 申請號: 201910853409.0
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110633149B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 熊敏;徐傳福;劉雍;高翔;李大力;車永剛;吳誠堃;郭曉威;張翔;李超;藍龍;王思齊;王正華
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50
• 代理公司: 長沙中科啟明知識產權代理事務所(普通合伙) 43226
• 代理人: 任合明

本發明公開了一種均衡非結構網格單元計算量的并行負載均衡方法，目的是提高非結構網格應用的并行計算負載均衡性能和并行計算速度。技術方案是先生成二維非結構網格，然后使用非結構網格結構化處理方法對非結構網格相關文件進行局部化，生成非結構網格局部方向數組和關鍵元素數組，接著基于非結構網格局部方向數組，采用遞歸選擇模板的方式進行網格單元之間計算量層面的負載均衡，最后采用網格剖分方法進行處理器之間網格量層面的負載均衡，采用子網格區域分配的方式將計算量分配給處理器。本發明在處理器之間網格量負載均衡的基礎上實現了網格單元之間計算量的均衡，使處理器的計算量與其計算能力相匹配，提高了負載均衡性能和并行計算速度。

技術領域

本發明屬于高性能計算領域負載均衡方法，具體涉及一種均衡非結構網格單元計算量的并行負載均衡方法。

背景技術

工程計算可解決無法進行實驗研究或無法進行復雜理論分析的問題，現已廣泛應用于航空航天、汽車船舶制造、橋梁建筑設計、氣象預報分析、環境工程等眾多工程應用領域。一般來說，工程計算的主要過程是對網格上的物理量進行迭代計算。研究對象的復雜度增加時，網格量與計算量越來越大，為了減少研發的時間成本，常使用高性能計算機進行大規模并行計算。

負載均衡是影響并行計算效率的關鍵因素之一。負載均衡是指將計算量按計算能力分配到各個處理器上并行執行，使得所有處理器的計算能力得以充分發揮。計算量均衡時，所有處理器同時結束計算，整體計算時間最短，并行效率和計算效率最優。計算量若不均衡，部分處理器將空閑等待，造成計算資源浪費，同時整體計算時間也將延長，導致工程應用的研發成本增加。因此，采用負載均衡方法為各處理器分配均衡的計算量是大規模并行計算中不可或缺的環節。

負載均衡的方法與采用的網格類型有關。工程應用中，網格主要分為結構網格和非結構網格兩類。結構網格沿著笛卡爾坐標系的坐標軸方向規則排列，網格單元的形狀為四邊形或六面體，易獲得高階精度和高計算效率，但其網格生成等處理困難且耗時，需要大量人工干預。非結構網格沒有排列和形狀的限制，可采用商業軟件自動實現網格生成、網格變形、網格剖分等處理，更適用于外形復雜的工程應用。

目前，非結構網格工程的負載均衡方法(稱為背景技術1)是通過網格剖分實現處理器之間網格量層面的負載均衡，即根據處理器信息將非結構網格進行區域分解與分配，使得處理器獲得與之計算能力相匹配的網格量。背景技術1的流程圖如圖1所示，包括以下步驟：

第一步，生成二維非結構網格。

使用專業軟件將非結構網格工程應用需要計算的二維空間進行網格化處理，生成二維非結構網格并輸出二維非結構網格相關文件。常用的專業軟件包括ANSYS公司的Fluent軟件[http://www.ansys.com，版本18.0以上]等商業軟件、美國國家航空航天局的FUN3D軟件[Biedron R等，FUN3D Manual:13.2，2017，版本13.0以上]等In-house軟件、以及OpenFOAM[https://www.openfoam.com.版本3.0以上]、SU2[https://su2code.github.io，版本5.0以上]等開源軟件。非結構網格相關文件包括網格單元文件、網格點文件、網格邊文件、網格單元的鄰接單元文件、網格點的鄰接單元文件、網格邊的鄰接單元文件等。

第二步，根據處理器信息和非結構網格相關文件，采用網格剖分方法進行處理器之間網格量層面的負載均衡。

2.1根據處理器總數及各處理器計算能力，初始化處理器計算能力數組Ps，其中N_p為處理器總數，P_i為第i個處理器的計算能力；

2.2根據第一步生成的非結構網格相關文件初始化網格相關數據結構。具體步驟如下：