混合并行计算在海洋水质预报系统中的应用研究

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1、分类号：必万方数据UDC：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．——工学硕士学位论文密级：——单位代码：!QQZ鱼混合并行计算在海洋水质预报系统中的应用研究作者姓名：李春指导教师：黄伟建教授申请学位级别：工学硕士学科专业：计算机应用技术所在单位：信息与电气工程学院授予学位单位：河北工程大学万方数据IPIIIIlllllllPIIlllIIIJllllllItllllllllIADissertati。nsubmittedt。Y2733—516HebeiUniversityofEngineeringFortheAcademicDegre

2、eofMasterofEngineeringResearchonApplicationofHybridParallelComputingtoMarineWaterQualityFq'recastSystemOrecaCandidateSupervisorAcademicDegreeAppliedforSpecialtyCollege／Department：LiChun：Prof．HuangWeijian：MasterofEngineering：ComputerAppliedTechnology：SchoolofInformationandElectri

3、calEngineeringHebeiUniversityofEngineeringDecember,2014万方数据独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得泣宴垦墨猩盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：签字日期：印膨年弛月≯日学位论文版权使用授权书本学位论

4、文作者完全了解塑三垦墨猩太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权泣童垦墨猩盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：龋签字日期：沙Ⅳ年垃月弓矿日导师签名：磕j糖过签字日期：刀仰年协月扣日万方数据摘要摘要随着海洋各方面数据的完善及空间分辨率的提高，水质预报系统的计算量也越来越大。短期预报系统的串行程序运行效率都很低，如果延伸至更长时间的预测，执行时间上将会更长，这不仅造

5、成时间的浪费，更严重的甚至会影响到水质的预报工作。而在多核心集群运行纯MPI(MessagePassingImerface，消息传递接口)并行系统对内存开销大、扩展性差，且不能充分利用集群系统的硬件资源。在胶州湾水质预报系统中运用混合并行计算技术，可大大提高系统运算速度，具有较高的运行效率，对混合并行技术进一步应用到更多的海洋数值模拟中有重要作用。MPI并行技术是分布式存储体系结构环境中理想的并行方式，开放式多处理OpenMP(OpenMulti．Processing)是适用于共享存储体系结构的并行技术，且在科学计算方面占据统治地位。针对多核心集群，本

6、文将MPI技术与OpenMP技术相结合，提出了一种MPI+OpenMP混合并行编程模型，并将其应用于胶州湾水质预报系统中的水质模块当中，本文的主要工作如下：(1)对胶州湾水质预报系统的串行程序和基于MPI非阻塞通信的水质模块并行程序进行了详细的分析，在此基础上，分析了纯MPI并行模型的不足之处，提出了对胶州湾水质预报系统中水质模块并行的改进方案——MPI+0peIlMP混合并行模型。(2)在对胶州湾水质预报系统进行介绍和分析的基础上，使用MPI+OpenMP混合并行技术实现了水质模块的并行。相对于纯MPI的并行系统，混合并行模型更加适合多核心集群系统。

7、(3)将并行了水质模块的混合并行预报系统运行结果与串行系统进行对比，验证了混合并行模型的可靠性。测试了混合并行模型的运算效率，并与纯MPI的非阻塞通信并行系统进行了对比，体现了混合并行模型的更优性。实验结果表明，MPI+OpenMP混合并行模型能够显著提高水质模块运算的执行效率，且相对于纯MPI非阻塞通信并行方式具有更高的加速比和可扩展性。关键词：水质预报；消息传递接口；开放式多处理；混合并行；并行效率万方数据AbstractWiththespaceresolutionenhancementandallaspectsofdataimprovement，

8、thecalculationofthemarinewaterqualityforecastsy