并行计算中基于反馈机制的动态负载平衡算法研究

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1、分类号TP338重庆邮电大学硕士学位论文论文题目羞堑盐笠主基士丛篮垫盟鲍邈查负塾±煎簋送盟塞英文题目险墨曼丛曼hQ坠坠迎趔曼LQ丛旦亟!堑鱼也g△!g煎坐垫也—．ParallelComputingBasedonFeedbackMechanism．．—一论文提交日期!Q!!生垒旦论文答辩日期2Q12生§旦2§旦论文评阅人答辩委员会主席型：巡缝2012年5月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽由E电太堂或其他教育机

2、构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：岔徼猖签字日期：矽侈年多月／日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重麽鱼＆电太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重麽壑鱼太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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：食叛袼签字日期："2,etz年多月g日导师签名：豆青’斟签字日期：o

3、Df2年6月占目重庆邮电大学硕士论文摘要分子动力学模拟是一种微观领域的模拟方法，在物理、化学、生物及材料等领域应用广泛。由于分子动力学模拟的计算量非常庞大，计算非常耗时，并行计算是解决该问题的必经之路。然而，负载不平衡导致并行的分子动力学模拟程序执行的时间仍然较长。因此，期望通过引入负载平衡算法，有效地优化分子动力学模拟程序，提高模拟效率。通过研究现有的动态负载平衡算法，针对激光诱导光化学反应的分子动力学模拟程序中最耗时模块的有关特点，给出了节点作业速度和负载平衡度的定义，提出了一种基于反馈机制的动态负载平衡算法。该算法以节点作业速度为负载指标；决策策略采用集中式策

4、略，每轮循环结束后主节点都需收集各计算节点在该轮循环中执行的任务个数及对应的执行时间，计算并保存各节点的作业速度；每个反馈周期的第一轮循环之前主节点都将根据计算节点作业速度比分配任务；每个反馈周期结束后，主节点通过指数平均法预测下个反馈周期内各计算节点的工作速度、计算节点的加权负载平衡度，进而更新反馈周期。对照算法是始终将任务按数量平均分配到各个节点的静态负载平衡算法。将该动态负载平衡算法和对照算法都用Fortran+MPI编程实现，并分别加入到现有的分子动力学模拟程序中。通过对比实验发现，相对于平均分配任务的静态负载平衡算法，该动态负载平衡算法具有更好的负载平衡效

5、果，在系统本身负载不平衡时能有效地缩短程序的并行执行时间。实验也证明，通过指数平均法来预测节点负载和更新反馈周期的复杂反馈策略，在负载平衡效果方面要好于每轮循环均反馈的简单反馈策略，进而表明引入复杂反馈策略具有必要性。整个研究表明，选取合适的负载指标是实现理想的动态负载平衡算法过程中的重点和难点：基于指数平均法的负载预测机制和反馈周期动态变化的反馈机制，显著地提高了动态负载平衡算法的负载平衡效果：设计合理的动态负载平衡算法能够有效减少并行程序的执行时间，在多数情况下其负载平衡效果都将超过静态负载平衡算法。关键词：并行计算，动态负载平衡，反馈，负载预测，MPIAbst

6、ractMoleculardynamicssimulationisakindofsimulationmethodsinmicroscopicfield，whichiswidelyusedinthefieldsofphysics，chemistry,biology,materials，andSOon．Verylargecomputationalmoleculardynamicssimulation，thecalculationisverytime．consuming，SOparallelcomputingistheonlywaytosolvetheproblem．Ho

7、wever,theexecutiontimeofparallelmoleculardynamicssimulationprogramisstilllonger,thatisduetoloadimbalance．Therefore，itisexpectedthatloadbalancingalgorithmsisintroducedtooptimizethemoleculardynamicssimulationprogramandimprovesimulationefficiency．Bystudyingexistingdynamicloadbalancingal