MPI﹢﹢OpenMP算法在三维可压缩流场计算中的应用

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1、第4I巷第6期2011年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueVol41No．6NOV201lMPI+OpenMP算法在三维可压缩流场计算中的应用许啸，王学德，谭俊杰(南京理工大学能源与动力工程学院，江苏南京210096)摘要：在多核CPU集群并行体系结构下，采用MPI+OpenMP的混合并行算法，对可压缩流场进行数值模拟，并在计算时间上与MPI算法进行比较。流场计算的控制方程为Euler方程．空间离散采用Jameson中心差分格式，时问离散采用R—K法，并行模式采用Maste

2、r／Slave模式。通过对M6机翼和某弹丸采用多种并行方法进行流场的数值模拟，得出MPI+OpenMP混合算法在一定条件下具有高效性的结论。关键词：有限体积法；并行计算；进程；线程；MPI+OpenMP混合算法中图分类号：V21l文献标识码：A文章编号：1671-654X(2011)06—0032—05ApplicationandResearchonThree—dimensionalCompressibleFlowFieldUsingMPI+OpenMPAlgorithmXUXiao，WANGXue—de，TANJu

3、n-jie(SchoolofEnergyandPowerEngineering，NUST，Nanjing，210094，China)Abstract：Simulatethehigh-speedcompressibleflowfieldbasedOilthemulti·COreCPUclusterparallelstructurebyusingMPI+OpenMPhybridparallelalgorithm，andcomparethecomputationaltimewithMPIalgorithm．EulerEqu

4、ationisappliedonthegovernmentequationoftheflowfieldeomputaion，Jamsoncell-traldifferenceisappliedontheschemeofthespatialdiscrefisation，R-Kmethodisappliedonthetempo-raldiseretisation，Master—slavemodeisappliedOiltheparallelmode．SimulatetheflowfieldofM6wingandoneki

5、ndofprojeetileinonenodemodeandinserveralnodesmode。gettheconclusionthatMPI十OpenMPhybridparallelalgorithmwouldbemoreeffeneientundercertainconditions．Keywords：finitevolumemethod；parMlelcomputing；process；thread；MPI+OpenMPparallelalgorithm引言随着高性能计算机技术的发展，并行计算机已成为高性能

6、计算机发展的趋势，而MPI(MessagePassingInterface)被认为是并行计算中较为成功的方法。它通过四种基本的通信模式，建立起并行计算机各个工作单元之问的联系．以此为基础让一个并行系统分工完成任务。但是由于各个单独的计算进程只能以串行方式执行，当数据量增大时计算进程的负担会很重，进程与进程之间的通信任务也会随着数据量的增大而增大，因此在对大规模数据并行计算时仅仅使用MPI方法会使整体效果降低。为克服此困难，本文设计了MPI+OpenMP混合并行算法。OpenMP的作用是在原程序中加入一些线程操作指令，

7、使原程序可以用多线程执行。它为程序员提供了一种简单的并行程序设计方法，可以在串行程序的基础上利用其给定的函数库．方便地设计出线程级并行程序。由于线程的建立拆除时间比进程少三个数量级，而且线程之间共享内存，因此相对于进程级并行它具有方便灵活，可移植性强，不需要通信时间等优势，可以最大程度地优化串行区域。近年来随着多核CPU的不断发展。OpenMP已受到越来越多的重视。而在公开的文献中，将混合并行算法设计用于三维可压缩流场计算比较少见。本文以多核多处理器集群系统为并行环境，通过对M6机翼跨声速流场和某弹丸超声速流场使用M

8、PI和MPI+OpenMP混合并行算法进行计算并比较，对MPI+OpenMP混合并行算法在三维可压缩流场计算中的有效性进行验证。收稿日期：201I—lO—17修订日期：201I一1I一2l基金项目：南京理工大学紫金之星项目资助；南京理丁大学自主科研项目资且／J(201IYBXMIII)；博士点基金项日资助(20093219120031)作者简介