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(重要)并行计算PC机群的构建

(重要)并行计算PC机群的构建
(重要)并行计算PC机群的构建

并行计算PC机群的构建

1 PC机群硬件部件的选择 (1)

2 PC机群软件环境的配置 (2)

2.1 OS的选择与安装 (2)

2.2 单一登录(Single Sign On)的构建 (2)

2.3 单一文件系统(Single File System)的构建 (9)

2.4 并行编程环境(Parallel Programming Environment)的构建 .. 16

2.5 单一作业管理系统(Single Job Management System)的构建 21

3 结束语 (32)

随着计算机硬件技术的高速发展,处理器和网络的性能不断地迅速提高和价格的日益下降,使得并行计算日益从传统的超级计算平台转移到由一组高性能节点或工作站/PC机构成的称之为机群的计算平台上,从而机群成为构建可扩放并行计算机的一大趋势。机群在计算机界有很多称呼,其中松耦合的工作站/PC机群也被称为工作站机群COW(Cluster of Workstation)或工作站网络NOW(Network of Workstation);而紧耦合的高性能服务器节点机群也被称为构筑高端大规模并行机的机群系统(如SP2和Option Red)。

本文将主要从PC机群软、硬件环境的选择及配置出发给出一个逐步的PC机群构建手册,以使广大的科研工作者能够更为方便的在PC机群环境中开展自己的工作。

并行计算机群是目前由于硬件的时效性很强,所以给出例子的意义并不是很大。我们这里给出一套配置主要是为了以后叙述的方便,读者应该根据当前最新的硬件信息进行选择。

1 PC机群硬件部件的选择

在PC机群的构建过程中,硬件部件应根据所要部署应用的类型又针对性的加以选择,具体原则请参见《并行算法实践》第2.2节(硬件的选择与安装)。本文沿用该章所给出的示例配置,如下:

该PC机群包括1个服务节点(兼作计算节点)和63个计算节点。

(1)服务节点配置:

CPU:Pentium Ⅳ2.0G(512KB全速二级缓存)

内存:1G(2?512M)Rambus

硬盘:80GB IDE

主板:ASUS P4T Socket 423

网卡:3com 905 –TX(两个)

显卡、显示器、键盘、鼠标、光驱、软驱:略

(2)计算节点配置:

CPU:Pentium Ⅳ1.5G(512KB全速二级缓存)

内存:512MB(2?256M)Rambus

硬盘:40GB IDE

主板:ASUS P4T Socket 423

网卡:3com 905 –TX

另外,交换设备由2个3com 3c16980和1个3com 3c16985的交换机通过一个matrix module堆叠而成,并安装了一个千兆光纤模块,以备服务接点连接内部机群的网卡升级为千兆网卡。

据此配置清单,从市场上采购硬件并连接成功后便可以开始机群软件环境的配置。

2 PC机群软件环境的配置

如《并行算法实践》第2.2节(软件的选择与安装)本节将主要讲述如何在Linux环境下构建并行计算PC机群的软件环境。

2.1 OS的选择与安装

Linux是目前构建高性能计算机群的一个最佳的选择。在众多的Linux发行版本中,还要考虑的是系统管理工具的友好性,这一点Redhat与Suse的工作是成功的;同时系统功能的可裁剪性也是很重要的,如Debian系统在这一点上做的就非常出色。

在此笔者建议对Linux系统有比较深入认识的读者可选用Debian作为系统平台,因为De bian能够根据用户的需要最精确的选择安装、更新相应的软件包,避免过多的冗余服务占用系统资源,最大限度的满足用户对性能的要求;若是Linux系统的入门者则选用Redhat或Su se较为合适,因为这些发行版本提供了较为友好的用户安装、使用界面,并且配备了图形化的系统管理工具,避免了众多的命令行操作。

在所创建的示例机群中使用的是Redhat 9.0版本(内核2.4.28)。介绍Linux系统具体安装的书籍有很多,这里就不再敷述。

安装过程中请选择“定制”,并在“选择软件包组”时在默认的基础上选中【服务器】|【网络服务器】(telnet-server、rsh-server)、【服务器】|【服务器配置工具】(NFS等服务器配置工具)、【开发】|【开发工具】(gcc等基本开发工具)、【系统】|【管理工具】(图形化的系统管理工具)等软件包组。

操作系统安装完毕后,我们假设具有如下信息:

服务节点主机名为“node0”,IP地址为“192.168.0.100”;计算节点相应的主机名为“n ode[1..63]”,IP地址为“192.168.0.[1..63]”。

2.2 单一登录(Single Sign On)的构建

用户可以从机群系统的任何一个节点登录,而且在整个作业执行过程中只需登录一次,不必为将作业指派到机群中的其它节点而重新登录。这里我们采用《并行算法实践》中所介绍的第二种方法“构建用户管理脚本”来维护系统中用户信息的一致性,使用户不再重复输入密码即可登录到机群中的另一个节点上。这包括以下步骤:

1.以root用户登录到节点node0,修改文件/etc/hosts、/etc/host.equiv,在其中写入机

群所有节点的名称和IP。

图 1

图 2

图 3

图 4

2.修改系统的服务设置,通过服务设置工具启动如下系统服务:nfs、rexec、rsh、rlogin。

其中后面三个服务是与Remote Shell相关的,负责在远程节点启动进程。

图 5

图 6

3.经过上述设置后需以普通用户身份测试RSH是否配置成功,运行命令如图7所示。

对于root用户需要经过图8所示的配置才可以不重新输入密码即可以通过RSH登录远程节点。

图7

图8

4.通过图9所示的脚本即可以完成创建全局统一的用户信息。该脚本首先在本节点新

增用户,然后通过RSH将用户配置文件/etc/passwd复制到机群中所有其余的节点。

图9中建立了全局用户cluster。

图9

2.3 单一文件系统(Single File System)的构建

NFS是一种Unix/Linux之间通过网络共享文件的标准方式。使用NFS,就能够透明的安装和访问网络上远程主机的文件系统,将其安装(mount)在本地的文件系统中,类似于Windows下的映射驱动器。在示例机群中,节点node0是服务器,把目录/home和/cluster 进行共享;节点node1到node63是客户端,把服务器的/home和cluster安装到自己的文件系统当中。下面分别进行讨论:

1.首先在节点node0上建立目录/cluster,然后将该目录授权给用户cluster。

图10

2.可以通过如图11所示的服务器设置工具配置共享目录,也可以通过图12-13所示

的直接修改/etc/exports文件改变目录的共享。图13表示将目录/home和/cluster以可读可写的方式共享给192.168.0.0/24范围(IP从192.168.0.1到192.168.0.254)内

的所有机器。

图11

图12

图13 3.运行命令exportfs –a完成目录的共享。

图14

4.客户端节点同样需要首先建立/cluster目录,然后修改分区配置文件/etc/fstab,在其

中加入对/home和/cluster的映射。

图15

图16

5.运行命令mount –a完成目录的共享。

图17

6.通过图18中的脚本可以将该分区配置文件拷贝到机群中所有其他节点。

图18

2.4 并行编程环境(Parallel Programming Environment)的构建

MPI(Message Passing Interface):消息传递接口MPI目前是最流行的分布存储并行编程环境。MPICH是由美国的Argonne国家实验室开发的基于MPI标准的一套开放源码的软件包,目前最新的版本是1.2.4。从链接https://www.doczj.com/doc/3f12425294.html,/mpi/mpich/可以获得更多关于MPICH的资料以及下载该软件包。其具体配置步骤如下:

1.首先需要结压缩安装文件包并通过configure脚本完成初始配置。其中-prefix指

定/cluster/mpich为安装目录;--with-device指明所使用的通信系统类型为

TCP/IP通信系统;--with-arch指明所使用的操作系统为Linux。

图19

图20

2.完成初始配置之后即可以使用make、make install完成mpich的安装。

图21

图22

3.修改mpich的节点配置文件/cluster/mpich/shar/machines.LINUX,指明该机群所包

含的节点。

图23

多核编程与并行计算实验报告 (1)

(此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!) 多核编程与并行计算实验报告 姓名: 日期:2014年 4月20日

实验一 // exa1.cpp : Defines the entry point for the console application. // #include"stdafx.h" #include #include #include #include using namespace std; void ThreadFunc1(PVOID param) { while(1) { Sleep(1000); cout<<"This is ThreadFunc1"<

实验二 // exa2.cpp : Defines the entry point for the console application. // #include"stdafx.h" #include #include using namespace std; DWORD WINAPI FunOne(LPVOID param){ while(true) { Sleep(1000); cout<<"hello! "; } return 0; } DWORD WINAPI FunTwo(LPVOID param){ while(true) { Sleep(1000); cout<<"world! "; } return 0; } int main(int argc, char* argv[]) { int input=0; HANDLE hand1=CreateThread (NULL, 0, FunOne, (void*)&input, CREATE_SUSPENDED,

汽车成功案例

汽车成功案例 安全性问题 竞争优势 全球汽车工业对汽车安全性越来越重视,与安全强制法规相关的试验也在大量增加。目前碰撞安全问题在碰撞前、碰撞中和碰撞后阶段同时展开研究。在碰撞前阶段利用主动避撞系统;在碰撞中阶段利用车身结构、气囊展开、安全带张紧等措施减小伤害;在碰撞后阶段,主要关心油箱是否破裂以防止爆炸或起火。MSC.Software虚拟产品开发设计能够对每一个阶段进行设计研究。 碰撞前阶段 避免碰撞发生当然是车辆交通中最有效的降低伤亡的方法。而车辆的行为,例如车辆打滑、侧翻、或者车轮遇到冰路面将会发生何种状况等等可以利用虚拟样机来预测。在ADAMS/Car中结合多刚体和控制的仿真可以模拟从主动悬架到ABS制动器等系统的试验来增加主动安全性。通过同步调整机械、控制系统对车辆进行优化,可以大大缩短设计周期。 碰撞中阶段 一旦碰撞不可避免,气囊展开和座椅安全带的预张紧就成为减小伤害的关键因素,虚拟产品开发能够对这些系统进行优化。气囊展开可以利用SimOffice中的MSC Dytran,安全带约束系统的力可以利用多体仿真分析软件。在样车建造和法规试验之前进行虚拟试验可以大大地降低开发费用。法规试验中车辆各种性能可以用SimOffice中提供的有限元方法来进行精确地预测和研究。

碰撞仿真流程通常需要大量人力,管理仿真产生的海量数据也是一个挑战。模型组装、质量检查、定义工况、报告准备等方面如果引入流程自动化和数据管理则可以节省大量的人力。MSC.Software是领先的流程管理和自动化工具供应商,其产品MSC SOFY 和MSC SimManager都提供了汽车碰撞流程自动化的环境。将工作流程确定下来并进行客户化配置后,软件工具可以自动地生成代码来指导用户完成工作流程。例如,德国宝马(BMW)公司利用MSC SimManager建立碰撞仿真自动化流程,管理海量仿真数据,并且可以和供应商合作,使供应商可以上载各自相关的部件。 LSTC公司的领先的碰撞求解器LS-Dyna可以通过MSC Nastran(Sol700)的标准格式来调用。因此,适撞性和显著非线性问题都可以采用和NVH部门同样的模型,这样通过不同部门的协作可以节省大量的时间和费用。 碰撞后阶段 避免碰撞后起火取决于供油系统的完整性,该项安全要求 已在美国安全法规FMVSS301中有明确规定。车辆碰撞 后的燃油泄漏必须避免,MSC.Dytran采用拉格朗日和欧 拉技术,可以模拟碰撞中和碰撞后油箱的液固作用、结构 大变形、结构接触等问题。 MSC.SimManager也可以集成到碰撞后开发流程中,一 级供应商TI汽车公司采用MSC.SimManager管理油箱 开发过程中的冲击、压力真空、跌落、下陷等试验。 车辆动力学问题 矛盾 汽车工业需要在开发过程中减少时间和费用,同时推出创 新的产品。当前比较通用的策略是利用通用的开发平台、 共享部件开发众多系列车型。这就导致出现两个相互矛盾 的目标:一个是新系统的开发,另一个是通过共用平台和 零部件减少系统的变型。借助于虚拟产品开发可以有效地 满足这两个目标。

并行计算 - 练习题

2014年《并行计算系统》复习题 1.(15分)给出五种并行计算机体系结构的名称,并分别画出其典型结构。 ①并行向量处理机(PVP) ②对称多机系统(SMP) ③大规模并行处理机(MPP) ④分布式共享存储器多机系统(DSM)

⑤工作站机群(COW) 2.(10分)给出五种典型的访存模型,并分别简要描述其特点。 ①均匀访存模型(UMA): 物理存储器被所有处理机均匀共享 所有处理机访存时间相同 适于通用的或分时的应用程序类型 ②非均匀访存模型(NUMA): 是所有处理机的本地存储器的集合 访问本地LM的访存时间较短

访问远程LM的访存时间较长 ③Cache一致性非均匀访存模型(CC-NUMA): DSM结构 ④全局Cache访存模型(COMA): 是NUMA的一种特例,是采用各处理机的Cache组成的全局地址空间 远程Cache的访问是由Cache目录支持的 ⑤非远程访存模型(NORMA): 在分布式存储器多机系统中,如果所有存储器都是专用的,而且只能被本地存储机访问,则这种访问模型称为NORAM 绝大多数的NUMA支持NORAM 在DSM中,NORAM的特性被隐匿的 3. (15分)对于如下的静态互连网络,给出其网络直径、节点的度数、对剖宽度,说明该网络是否是一个对称网络。 网络直径:8 节点的度数:2

对剖宽度:2 该网络是一个对称网络 4. (15分)设一个计算任务,在一个处理机上执行需10个小时完成,其中可并行化的部分为9个小时,不可并行化的部分为1个小时。问: (1)该程序的串行比例因子是多少,并行比例因子是多少? 串行比例因子:1/10 并行比例因子:9/10 (2)如果有10个处理机并行执行该程序,可达到的加速比是多少?10/(9/10 + 1) = 5.263 (3)如果有20个处理机并行执行该程序,可达到的加速比是多少?10/(9/20 + 1)= 6.897 5.(15分)什么是并行计算系统的可扩放性?可放性包括哪些方面?可扩放性研究的目的是什么? 一个计算机系统(硬件、软件、算法、程序等)被称为可扩放的,是指其性能随处理机数目的增加而按比例提高。例如,工作负载能力和加速比都可随处理机的数目的增加而增加。 可扩放性包括: 1.机器规模的可扩放性

高性能复习提纲答案

高性能计算(并行计算)复习提纲 第一章并行计算机系统及其结构模型 1.了解并行计算机系统互联网络及其分类 不同带宽与距离的互连技术: 总线、SAN、LAN、MAN、WAN 1,静态互联网络:是指处理单元之间有着固定连接的一类网络,在程序执行期间,这种点到点的连接不变。典型的静态网络有一维线性阵列、二维网孔、树连接、超立方网络、立方环、洗牌交换网、蝶形网络等。2,动态互联网络:是用开关单元构成的,可按应用程序的要求动态的改变连接组态。典型的动态网络包括总线、交叉开关和多级互连网络等,3,标准互联网络 2.并行计算机系统结构,参见图1.20(P23)五种结构,要求理解这几种结构的硬件组成及工作方式。 2,并行计算机系统结构: 行向量处理机pvp :硬件:向量处理机vp、共享存储器SM。工作方式:高带宽的交叉开关网络将vp连向共享存储模块,存储器可以以兆字节每秒的速度想处理器提供数据。通常使用向量寄存器和指令缓冲器。 对称多处理机SMP:硬件:商品微处理器(具有片上或外设高速缓存)、共享存储器、 I/O设备。工作方式:微处理器由总线或交叉开关连向共享存储器。每个处理器可同等的访问共享存储器、I/O设备和操作系统

服务。 MPP一般是指超大型计算机系统,它具有如下特性:①处理节点采用商品微处理器;②系统中有物理上的分布式存储器;③采用高通信带宽和低延迟的互连网络;④能扩放至成百上千乃至上万个处理器;⑤它是一种异步的MIMD机器,程序系由多个进程组成,每个都有其私有地址空间,进程间采用传递消息相互作用DSM分布式共享存储多处理机 高速缓存目录DIR用以支持分布高速缓存的一致性。DSM和SMP的主要差别是,DSM在物理上有分布在各节点中的局存从而形成了一个共享的存储器。对用户而言,系统硬件和软件提供了一个单地址的编程空间. COW工作站机群 机群往往是低成本的变形的MPP。COW的重要界线和特征是:①每个节点都是一个完整的工作站(不包括监视器、键盘、鼠标等),一个节点也可以是一台PC或SMP;②各节点通过一种低成本的商品(标准)网络互连(;③各节点内总是有本地磁盘④节点内的网络接口是松散耦合到I/O 总线上的,⑤一个完整的操作系统驻留在每个节点中,而MPP中通常只是个微核,COW 的操作系统是工作站UNIX,加上一个附加的软件层以支持单一系统映像、并行度、通信和负载平衡等。 3并行计算机的几种访问存储模型。 访问存储模型:

课程设计报告

课程设计报告 题 目 基于数据挖掘的航电系统故障诊断 专业名称 电子信息工程 学生姓名 王腾飞 指导教师 陈 杰 完成时间 2014年3月18日

摘要 航电系统是飞机的重要组成部分,由于其综合应用了电子、机械、计算机及自动检测等许多学科的先进技术,结构层次很多,所以对其实施故障诊断具有涉及专业领域多、诊断难度大、要求时间短等特点。这对快速处理故障数据提出了很大的挑战。 从独立的联合式航电机箱的按键通电测试,到集中式飞机管理系统数据收集,飞机维修系统经过漫长的发展已演变成故障诊断工具。 现代飞机均采用了中央维修系统,用以收集所有子系统的故障报告、判断故障根源并推荐修理方法。飞机的故障信息和历史数据存放在数据库中。如果用传统的数据分析方法对这些海量的数据进行分析时会显得力不从心,不仅浪费时间而且对于隐含的知识难以有效的进行挖掘。数据挖掘技术十分符合现实的需要,它可以客观地挖掘出历史数据库中潜在的故障规则,这些规则能更好地指导故障的定位与检修,并对潜在的故障做出预测。随着数据的不断增长,如何能自动获取知识已经成为故障诊断技术发展的主要制约条件,而数据挖掘技术为解决这个“瓶颈”问题提供了一条有效的途径。 本文详细介绍了故障诊断技术与数据挖掘技术,并总结了航电系统的故障诊断的特点。拟采用聚类分析的技术对故障数据快速处理,实现对故障的快速定位。 关键词:故障诊断数据挖掘聚类分析航电系统

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有限元仿真技术的发展及其应用

有限元仿真技术的发展及其应用 许荣昌 孙会朝(技术研发中心) 摘 要:介绍了目前常用的大型有限元分析软件的现状与发展,对其各自的优势进行了分析,简述了有限元软件在冶金生产过程中的主要应用领域及其发展趋势,对仿真技术在莱钢的应用进行了展望。 关键词:有限元仿真 冶金生产 发展趋势 0 前言 自主创新,方法先行,创新方法是自主创新的根本之源,同时,随着市场竞争的日益激烈,冶金企业的产品设计、工艺优化也由经验试错型向精益研发方向发展,而有限元仿真技术正是这种重要的创新方法。近年来随着计算机运行速度的不断提高,有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的应用,比如,有限元分析在冶金、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源、科学研究等各个领域正在发挥着重要的作用,主要表现在以下几个方面:增加产品和工程的可靠性;在产品的设计阶段发现潜在的问题;经过分析计算,采用优化设计方案,降低原材料成本;缩短产品研发时间;模拟试验方案,减少试验次数,从而减少试验成本。与传统设计相比,利用仿真技术,可以变经验设计为科学设计、变实测手段为仿真手段、变规范标准为分析标准、变传统分析技术为现代的计算机仿真分析技术,从而提高产品质量、缩短新产品开发周期、降低产品整体成本、增强产品系统可靠性,也就是增强创新能力、应变能力和竞争力(如图1、2) 。 图1 传统创新产品(工艺优化)设计过程为大循环 作者简介:许荣昌(1971-),男,1994年毕业于武汉钢铁学院钢铁冶金专业,博士,高级工程师。主要从事钢铁工艺技术研究工 作。 图2 现代CA E 创新产品(工艺优化)设计过程为小循环 1 主要有限元分析软件简介 目前,根据市场需求相继出现了各种类型的应用软件,其中NASTRAN 、ADI N A 、ANSYS 、 ABAQUS 、MARC 、MAGSOFT 、COS MOS 等功能强大的CAE 软件应用广泛,为实际工程中解决复杂的理论计算提供了非常有力的工具。但是,各种软件均有各自的优势,其应用领域也不尽相同。本文将就有限元的应用范围及当今国际国内C AE 软件的发展趋势做具体的阐述,并对与冶金企业生产过程密切相关的主要有限元软件ANSYS 、AB AQUS 、MARC 的应用领域进行分析。 M SC So ft w are 公司创建于1963年,总部设在美国洛杉矶,M SC M arc 是M SC Soft w are 公司于1999年收购的MARC 公司的产品。MARC 公司始创于1967年,是全球首家非线性有限元软件公司。经过三十余年的发展,MARC 软件得到学术界和工业界的大力推崇和广泛应用,建立了它在全球非线性有限元软件行业的领导者地位。随着M arc 软件功能的不断扩展,软件的应用领域也从开发初期的核电行业迅速扩展到航空、航天、汽车、造船、铁 道、石油化工、能源、电子元件、机械制造、材料工程、土木建筑、医疗器材、冶金工艺和家用电器等,成为许多知名公司和研究机构研发新产品和新技术的重要工具。在航空业M SC N astran 软件被美国联邦航空管理局(F AA )认证为领取飞行器适 13

并行计算-期末考试模拟题原题

Reviews on parallel programming并行计算英文班复习考试范围及题型:(1—10章) 1 基本概念解释;Translation (Chinese) 2 问答题。Questions and answer 3 算法的画图描述。Graphical description on algorithms 4 编程。Algorithms Reviews on parallel programming并行计算 1 基本概念解释;Translation (Chinese) SMP MPP Cluster of Workstation Parallelism, pipelining, Network topology, diameter of a network, Bisection width, data decomposition, task dependency graphs granularity concurrency process processor, linear array, mesh, hypercube, reduction,

prefix-sum, gather, scatter, thread s, mutual exclusion shared address space, synchronization, the degree of concurrency, Dual of a communication operation, 2 问答题。Questions and answer Chapter 1 第1章 1) Why we need parallel computing? 1)为什么我们需要并行计算? 答: 2) Please explain what are the main difference between parallel computing and sequential computing 2)解释并行计算与串行计算在算法设计中的主要不同点在那里? 答: Chapter 2 第2章 1) What are SIMD, SPMD and MIMD denote? 1)解释SIMD, SPMD 和 MIMD是什么含义。 答: 2) Please draw a typical architecture of SIMD and a typical architecture of MIMD to explan. 2)请绘制一个典型的SIMD的体系结构和MIMD的架构。 答:

小学数学总复习简便运算400题(有答案)

小学数学简便运算专项练习400题 第一部分(1-50题) 12.06+5.07+2.94 30.34+9.76-10.34 83 ×3÷83 ×3 25 ×7×4 34÷4÷1.7 1.25÷32×0.8 102×7.3÷5.1 17 73+174-773 195-137-95 11 32+752+353 933-15.7-4.3 41.06 -19.72-20.28 752-383+83 8 74+295-95 700÷14÷5 18.6 ÷2.5÷0.4 1.96÷0.5÷4 1.06 ×2.5×4

13×1917÷1917 29÷2713×2713 19.68-(2.68+2.97) 5.68+(5.39+4.32) 19.68-(2.97+9.68) 7 172+(185-172) 576-(83-71 ) 0.74 ÷(71×10074) 1.25×( 8 ÷0.5) 0.25 ×( 4 × 1.2) 1.25×( 213×0.8) 9.3 ÷(4÷93100) 24×(1211-83-61+31) (12+ 72) ×7 0.92×1.41+0.92×8.59 516×137-53×137 1.3×11.6-1.6×1.3 59 ×11.6+18.4×59

9999+999+99+9 4821-998 3.2×12.5×25 1.25×88 7.6÷0.25 3.5÷0.125 1.8×99+1.8 3.8 ×9.9+0.38 257×103-257×2-25 7 1.01×9.6 102×0.87 2.6 ×9.9 327 ×31+327 1712×32+32÷517 第二部分(51-100题) 3733 ×36 3733×38

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#include #include #include #include #include static double PI=0; static int N=0; static int numOfThread=0; static int length=0; static int timeUsed=0; static int numOfThreadArray[]={1,2,4,6,8,10,12,14,16,20,24,30}; static int threadArraySize=12; static int nTime=4; static int repeatTime=30; static double totalTime=0; struct timeval tvpre, tvafter; pthread_mutex_t mut; clockid_t startTime,endTime;

PCC性能改进

淮阴工学院 毕业设计外文资料翻译 学院:建筑工程学院 专业:土木工程房建方向 姓名:王玮 学号:1091401422 外文出处:MBTC DOT 3022 August 16 2012 附件: 1.外文资料翻译译文;2.外文原文。 指导教师评语: 签名: 年月日

以纳米技术为基础对硅酸盐 水泥混凝土的性能改进——第一阶段 Dr. R. Panneer Selvam ,Dr. Kevin Hall ,Sayantan Bhadra 摘要:对硅酸盐水泥混凝土(PCC)的纳米结构的基本认识是实现高性能和可持续性相关重大突破的关键。MBTC-研究(MBTC 2095/3004)使用分子动力学(MD)提供了对于水化硅酸钙(CSH)结构的新的理解(提供PCC强度和耐久性的主要成分);然而,由于MD方法能够考虑的原子数量,这项研究是有局限性的,特别是关于PCC中纳米水平上的力学性能。在这篇论文中为了断定CSH凝胶结构提出了离散元素法(DEM),报告了三个阶段中第一阶段所取得的进展。给出了DEM研究所用的现有的免费软件和商法典。制定了一种内部的DEM规范,对粘性材料采用压痕式加载。样本模型计算合理的说明了DEM规范的发展及应用。 关键词:纳米技术,硅酸盐水泥混凝土,离散单元法 第一章:引言 混凝土是使用最多的建筑材料,同时也是科学了解最少的材料。混凝土的寿命由于收缩裂缝、拉伸裂缝等受到限制。这主要是由于水泥浆复杂的无定形的结构。对于铜或铁来说很容易从实验中发现原子结构。由于超过5个不同的原子结合在一起形成水泥浆或CSH(Murray等人,2010& Janikiram Subramaniam等人2009),很难从实验来了解原子结构。对硅酸盐水泥混凝土(PCC)的纳米结构的基本认识是实现高性能和可持续性相关重大突破的关键。最近通过MBTC 2095/3004项目,使用分子动力学(MD)得出CSH原子结构的一些理解。Selvam教授和他的团队(2009 -2011)使用分子动力学(MD)建模提出了可能的CSH原子结构。从纳米水平到宏观水平进一步的相关性能的研究由于考量纳米长度变化时需要考虑的原子数量的限制而受到局限。 Nonat(2004)和Gauffinet(1998)等人观察到C-S-H凝胶有片晶型形态,薄片的大小约为60 ×30×5nm。从Dagleish拍摄的AFM图像(如图1.1)看出,CSH纤维可能的大小为60 nm x 300μm。为了理解这些纤维之间的相互作用,需要的计算尺

并行算法设计与分析考题与答案

《并行算法设计与分析》考题与答案 一、1.3,处理器PI的编号是: 解:对于n ×n 网孔结构,令位于第j行,第k 列(0≤j,k≤n-1)的处理器为P i(0≤i≤n2-1)。以16处理器网孔为例,n=4(假设j、k由0开始): 由p0=p(j,k)=p(0,0) P8=p(j,k)=p(2,0) P1=p(j,k)=p(0,1) P9=p(j,k)=p(2,1) P2=p(j,k)=p(0,2) P10=p(j,k)=p(2,2) P3=p(j,k)=p(0,3) P11=p(j,k)=p(2,3) P4=p(j,k)=p(1,0) P12=p(j,k)=p(3,0) P5=p(j,k)=p(1,1) P13=p(j,k)=p(3,1) P6=p(j,k)=p(1,2) P14=p(j,k)=p(3,2) P7=p(j,k)=p(1,3) P15=p(j,k)=p(3,3) 同时观察i和j、k之间的关系,可以得出i的表达式为:i= j * n+k

一、1.6矩阵相乘(心动算法) a)相乘过程 设 A 矩阵= 121221122121 4321 B 矩阵=1 23443212121121 2 【注】矩阵元素中A(i,l)表示自左向右移动的矩阵,B(l,j)表示自上向下移动的矩阵,黑色倾斜加粗标记表示已经计算出的矩阵元素,如12, C(i,j)= C(i,j)+ A(i,l)* B(l,j) 1 2、

4、

6、

8、

10 计算完毕 b)可以在10步后完成,移动矩阵长L=7,4*4矩阵N=4,所以需要L+N-1=10

(完整版)简便运算的练习题和答案汇总

运算定律练习题 (1)乘法交换律:a×b=b×a 乘法结合律:(a×b)×c=a×(b×c) 38×25×4 42×125×8 25×17×4 (25×125)×(8×4) 49×4×5 38×125×8×3 (125×25)×4 5 ×289×2 (125×12)×8 125×(12×4) (2) 乘法交换律和结合律的变化练习 125×64 125×88 44×25 125×24 25×28 (3)加法交换律:a+b=b+a 加法结合律:(a+b)+c=a+(b+c) 357+288+143 158+395+105 167+289+33 129+235+171+165

378+527+73 169+78+22 58+39+42+61 138+293+62+107 (4)乘法分配律:(a+b)×c=a×c+b×c 正用练习 (80+4)×25 (20+4)×25 (125+17)×8 25×(40+4)15×(20+3) (5)乘法分配律正用的变化练习: 36×3 25×41 39×101 125×88 201×24 (6)乘法分配律反用的练习: 34×72+34×28 35×37+65×37 85×82+85×18

25×97+25×3 76×25+25×24 (7)乘法分配律反用的变化练习: 38×29+38 75×299+75 64×199+64 35×68+68+68×64 ☆思考题:(8)其他的一些简便运算。 800÷25 6000÷125 3600÷8÷5 58×101-58 74×99 【思路导航】在除法里,被除数和除数同时乘或除以一个相同的数,商不变。 325÷25 =(325×4)÷(25×4) =1300÷100 =13 【练一练1】(1)450÷25(2)525÷25 (3)3500÷125

并行计算课程设计报告

并行计算与多核多线程技术 课程报告 专业 班级 学号 姓名 成绩___________________ 年月日

课程报告要求 手写内容:设计目的、意义,设计分析,方案分析,功能模块实现,最终结果分析,设计体会等。 允许打印内容:设计原理图等图形、图片,电路图,源程序。硬件类的设计,要有最终设计的照片图;软件类设计,要有各个功能模块实现的界面图、输入输出界面图等。 评价 理论基础 实践效果(正确度/加速比) 难度 工作量 独立性

目录 1. 设计目的、意义(功能描述) (1) 2. 方案分析(解决方案) (1) 3. 设计分析 (1) 3.1 串行算法设计 (1) 3.2 并行算法设计 (1) 3.3 理论加速比分析 (2) 4. 功能模块实现与最终结果分析 (2) 4.1 基于OpenMP的并行算法实现 (2) 4.1.1 主要功能模块与实现方法 (2) 4.1.2 实验加速比分析 (3) 4.2 基于MPI的并行算法实现 (3) 4.2.1 主要功能模块与实现方法 (3) 4.2.2 实验加速比分析 (4) 4.3 基于Java的并行算法实现 (4) 4.3.1 主要功能模块与实现方法 (4) 4.3.2 实验加速比分析 (5) 4.4 基于Windows API的并行算法实现 (5) 4.4.1 主要功能模块与实现方法 (5) 4.4.2 实验加速比分析 (6) 4.5 基于.net的并行算法实现 (6) 4.5.1 主要功能模块与实现方法 (6) 4.5.2 实验加速比分析 (6) 4.6并行计算技术在实际系统中的应用 (6) 4.6.1 主要功能模块与实现方法 (6) 4.6.2 实验加速比分析 (7) 5. 设计体会 (7) 6. 附录 (9) 6.1 基于OpenMP的并行程序设计 (9) 6.1.1 代码及注释 (9) 6.1.2 执行结果截图 (11) 6.1.3 遇到的问题及解决方案 (12) 6.2 基于MPI的并行程序设计 (12)

并行与串行数据结构与算法课程设计报告

课程实验报告课程名称:并行与串行数据结构与算法 专业班级:ACM1301 学号:U201315057 姓名:李海锋 指导教师:陆枫 报告日期:2015.9.23 计算机科学与技术学院

目录 1、课程设计概述 (2) 1.1 课设目的 (2) 1.2 课设要求 (2) 1.3 实验环境 (3) 2、系统总体设计 (4) 2.1 系统主模块结构体 (4) 2.2 找附近的最近的三个某地 (5) 2.3 找两点之间最短路径 (6) 2.4 数据录入模块 (7) 3、数据结构和算法详细设计 (7) 3.1 地图的存储 (7) 3.1.1 地图背景图片的存储 (7) 3.1.2 地图点 (7) 3.2 找附近的最近的特定地点(findNearby) (8) 3.3 找最短路径 (8) 4、程序实现简要说明 (9) 4.1开发环境 (9) 4.2 支持包 (9) 4.3 函数原型 (10) MainActivity.java:实现了地图主要功能 (10) Setting.java:地图数据的录入 (12) 4.4 函数功能调用关系 (14) MainActivity.java:地图主要功能程序 (15) Setting.java:数据录入程序 (15) 5、程序测试及结果分析 (16) 5.1 功能测试 (16)

5.2 测试结果分析 (22) 6、复杂度分析 (22) 6.1 输入地点名查找,鼠标点击显示 (22) 6.2 找两点之间的最短路径(dijkstra) (22) 6.3 找附近最近的三个某地 (22) 7、软件的用户使用说明 (23) 8、特色与不足 (23) 8.1 特色 (23) 8.2 不足 (23) 九、主要参考文献 (24)

显式有限元和隐式有限元

按照计算每一时刻动力反应是否需要求解线性方程组,可将直接积分法分为隐式积分方法和显式积分方法两类。 隐式积分法是根据当前时刻及前几时刻体系的动力反应值建立以下一时刻动力反应值为未知量的线性方程组,通过求解方程组确定下一时刻动力反应。隐式方法的研究和应用由来已久,常用的方法有线性加速度法、常平均加速度法、Newmark方法、Wilson-θ法、Houbolt 方法等。 显式积分法可由当前时刻及前几时刻的体系动力反应值直接外推下一时刻的动力反应值,不需要求解线性方程组,实现了时间离散的解耦。解方程组一般占整个有限元求解程序耗时的70%左右,因此,这一解耦技术对计算量的节省是可观的。 隐式方法大部分是无条件稳定的,显式方法为条件稳定。显式方法的稳定性可以按满足精度要求的空间步距确定满足数值积分稳定性要求的时问步距来实现。显式方法受条件稳定的限制,时间积分步长将取得较小,但计算经验表明,对于一些自由度数巨大且介质呈非线性的问题,显式法比隐式法所需的计算量要小得多。 因此,随着所考虑问题复杂性的增加,显式积分法得到重视。 对于显式与隐式有限元的理解 关键字: 有限元显式隐式 显式算法和隐式算法,有时也称为显式解法和隐式解法,是计算力学中常见的两个概念,但是它们并没有普遍认可的定义,下面只是我的一些个人理解。 一、两种算法的比较 1、显式算法 基于动力学方程,因此无需迭代;而静态隐式算法基于虚功原理,一般需要迭代计算。显式算法,最大优点是有较好的稳定性。 动态显式算法采用动力学方程的一些差分格式(如广泛使用的中心差分法、线性加速度法、Newmark法和wilson法等),不用直接求解切线刚度,不需要进行平衡迭代,计算速度快,时间步长只要取的足够小,一般不存在收敛性问题。因此需要的内存也比隐式算法要少。并且数值计算过程可以很容易地进行并行计算,程序编制也相对简单。但显式算法要求质量矩阵为对角矩阵,而且只有在单元积分点计算尽可能少时速度优势才能发挥, 因而往往采用减缩积分方法,容易激发沙漏模式,影响应力和应变的计算精度。 静态显式法基于率形式的平衡方程组与Euler向前差分法,不需要迭代求解。由于平衡方程式仅在率形式上得到满足,所以得出的结果会慢慢偏离正确值。为了减少相关误差,必须每步使用很小的增量。 除了欧拉向前差分法外,其它的差分格式都是隐式的方法,需要求解线性方程组。 2、隐式算法 隐式算法中,在每一增量步内都需要对静态平衡方程进行迭代求解,并且每次迭代都需要求解大型的线性方程组,这以过程需要占用相当数量的计算资源、磁盘空间和内存。该算法中的增量步可以比较大,至少可以比显式算法大得多,但是实际运算中上要受到迭代次数及非线性程度的限制,需要取一个合理值。 二、求解时间

计算机体系结构 习题与答案

第二章习题(P69-70) 一、复习题 1.简述冯?诺依曼原理,冯?诺依曼结构计算机包含哪几部分部件,其结构以何部件为中心? 答:冯?诺依曼理论的要点包括:指令像数据那样存放在存储器中,并可以像数据那样进行处理;指令格式使用二进制机器码表示;用程序存储控制方式工作。这3条合称冯?诺依曼原理 冯?诺依曼计算机由五大部分组成:运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备,整个结构一般以运算器为中心,也可以以控制器为中心。 (P51-P54) 2.简述计算机体系结构与组成、实现之间的关系。 答:计算机体系结构通常是指程序设计人员所见到的计算机系统的属性,是硬件子系统的结构概念及其功能特性。计算机组成(computer organization)是依据计算机体系结构确定并且分配了硬件系统的概念结构和功能特性的基础上,设计计算机各部件的具体组成,它们之间的连接关系,实现机器指令级的各种功能和特性。同时,为实现指令的控制功能,还需要设计相应的软件系统来构成一个完整的运算系统。计算机实现,是计算机组成的物理实现, 就是把完成逻辑设计的计算机组成方案转换为真实的计算机。计算机体系结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念,各自有不同的含义,但是又有着密切的联系,而且随着时间和技术的进步,这些含意也会有所改变。在某些情况下,有时也无须特意地去区分计算机体系结构和计算机组成的不同含义。 (P47-P48) 3.根据指令系统结构划分,现代计算机包含哪两种主要的体系结构? 答:根据指令系统结构划分,现代计算机主要包含:CISC和RISC两种结构。 (P55) 4.简述RISC技术的特点? 答:从指令系统结构上看,RISC 体系结构一般具有如下特点: (1) 精简指令系统。可以通过对过去大量的机器语言程序进行指令使用频度的统计,来选取其中常用的基本指令,并根据对操作系统、高级语言和应用环境等的支持增设一些最常用的指令; (2) 减少指令系统可采用的寻址方式种类,一般限制在2或3种; (3) 在指令的功能、格式和编码设计上尽可能地简化和规整,让所有指令尽可能等长; (4) 单机器周期指令,即大多数的指令都可以在一个机器周期内完成,并且允许处理器在同一时间内执行一系列的指令。 (P57-58) 5.有人认为,RISC技术将全面替代CISC,这种观点是否正确,说明理由? 答:不正确。与CISC 架构相比较,RISC计算机具备结构简单、易于设计和程序执行效率高的特点,但并不能认为RISC 架构就可以取代CISC 架构。事实上,RISC 和CISC 各有优势,CISC计算机功能丰富,指令执行更加灵活,这些时RISC计算机无法比拟的,当今时代,两者正在逐步融合,成为CPU设计的新趋势。 (P55-59) 6.什么是流水线技术? 答:流水线技术,指的是允许一个机器周期内的计算机各处理步骤重叠进行。特别是,当执行一条指令时,可以读取下一条指令,也就意味着,在任何一个时刻可以有不止一条指令在“流水线”上,每条指令处在不同的执行阶段。这样,即便读取和执行每条指令的时间保持不变,而计算机的总的吞吐量提高了。 (P60-62) 7.多处理器结构包含哪几种主要的体系结构,分别有什么特点? 答:多处理器系统:主要通过资源共享,让共享输入/输出子系统、数据库资源及共享或不共享存储的一组处理机在统一的操作系统全盘控制下,实现软件和硬件各级上相互作用,达到时间和空间上的异步并行。 SIMD计算机有多个处理单元,由单一的指令部件控制,按照同一指令流的要求为他们

电力系统综合课程设计

电力系统分析 综合课程设计报告 电力系统的潮流计算和故障分析 学院:电子信息与电气工程学院 专业班级: 学生姓名: 学生学号: 指导教师: 2014年 10月 29 日

目录 一、设计目的 (1) 二、设计要求和设计指标 (1) 2.1设计要求 (1) 2.2设计指标 (2) 2.2.1网络参数及运行参数计算 (2) 2.2.2各元件参数归算后的标么值: (2) 2.2.3 运算参数的计算结果: (2) 三、设计内容 (2) 3.1电力系统潮流计算和故障分析的原理 (2) 3.1.1电力系统潮流计算的原理 (2) 3.1.2 电力系统故障分析的原理 (3) 3.2潮流计算与分析 (4) 3.2.1潮流计算 (4) 3.2.2计算结果分析 (8) 3.2.3暂态稳定定性分析 (8) 3.2.4暂态稳定定量分析 (11) 3.3运行结果与分析 (16) 3.3.1构建系统仿真模型 (16) 3.3.2设置各模块参数 (17) 3.3.3仿真结果与分析 (21) 四、本设计改进建议 (22) 五、心得总结 (22) 六、主要参考文献 (23)

一、设计目的 学会使用电力系统分析软件。通过电力系统分析软件对电力系统的运行进行实例分析,加深和巩固课堂教学内容。 根据所给的电力系统,绘制短路电流计算程序,通过计算机进行调试,最后成一个切实可行的电力系统计算应用程序,通过自己设计电力系统计算程序不仅可以加深学生对短路计算的理解,还可以锻炼学生的计算机实际应用能力。 熟悉电力系统分析综合这门课程,复习电力系统潮流计算和故障分析的方法。了解Simulink 在进行潮流、故障分析时电力系统各元件所用的不同的数学模型并在进行不同的计算时加以正确选用。学会用Simulink ,通过图形编辑建模,并对特定网络进行计算分析。 二、设计要求和设计指标 2.1设计要求 系统的暂态稳定性是系统受到大干扰后如短路等,系统能否恢复到同步运行状态。图1为一单机无穷大系统,分析在f 点发生短路故障,通过线路两侧开关同时断开切除线路后,分析系统的暂态稳定性。若切除及时,则发电机的功角保持稳定,转速也将趋于稳定。若故障切除晚,则转速曲线发散。 图1 单机无穷大系统 发电机的参数: SGN=352.5MWA,PGN=300MW,UGN=10.5Kv,1=d x ,25.0'=d x ,252.0''=x x ,6.0=q x , 18.0=l x ,01.1'=d T ,053.0"=d T ,1.0"0=q T ,Rs=0.0028,H(s)=4s;TJN=8s,负序电抗:2.02=x 。 变压器T-1的参数:STN1=360MVA,UST1%=14%,KT1=10.5/242; 变压器T-2的参数:STN2=360MVA,UST2%=14%,KT2=220/121;

ANSYS高性能并行计算

ANSYS高性能并行计算 作者:安世亚太雷先华 高性能并行计算主要概念 ·高性能并行计算机分类 并行计算机主要可以分为如下四类:对称多处理共享存储并行机(SMP,Symmetric Multi-Processor)、分布式共享存储多处理机(DSM,Distributied Shared Memory)、大规模并行处理机(MPP,Massively Parallel Processor)和计算机集群系统(Cluster)。 这四类并行计算机也正好反映了高性能计算机系统的发展历程,前三类系统由于或多或少需要在CPU、内存、封装、互联、操作系统等方面进行定制,因而成本非常昂贵。最后一类,即计算机集群系统,由于几乎全采用商业化的非定制系统,具有极高的性能价格比,因而成为现代高性能并行计算的主流系统。它通过各种互联技术将多个计算机系统连接在一起,利用所有被连接系统的综合计算能力来处理大型计算问题,所以又通常被称为高性能计算集群。高性能并行计算的基本原理就是将问题分为若干部分,而相连的每台计算机(称为节点)均可同时参与问题的解决,从而显著缩短解决整个问题所需的计算时间。 ·集群互联网络 计算机集群系统的互联网络大体上经历了从Ethernet到Giganet、Myrinet、Infiniband、SCI、Quadrics(Q-net)等发展历程,在“延时”和“带宽”两个最主要指标上有了非常大的改善,下表即是常用的互联方式: ANSYS主要求解器的高性能并行计算特性

ANSYS系列CAE软件体系以功能齐全、多物理场耦合求解、以及协同仿真而著称于世。其核心是一系列面向各个方向应用的高级求解器,并行计算也主要是针对这些求解器而言。 ANSYS的主要求解器包括: Mechanical:隐式有限元方法结构力学求解器; CFX :全隐式耦合多重网格计算流体力学求解器; AUTODYN:显式有限元混合方法流固耦合高度非线性动力学求解器; LS-DYNA:显式有限元方法非线性结构动力学求解器; FEKO:有限元法、矩量法、高频近似方法相互混合的计算电磁学求解器; ·高性能并行计算的典型应用 现代CAE计算的发展方向主要有两个:系统级多体耦合计算和多物理场耦合计算,前者摒弃了以往只注重零部件级CAE仿真的传统,将整个对象的完整系统(如整机、整车)一次性纳入计算范畴;后者在以往只注重单一物理场分析(如结构力学、流体力学)的基础上,将影响系统性能的所有物理因素一次性纳入计算范畴,考虑各物理因素综合起来对分析对象的影响。因此,可以说,高性能并行计算也是CAE的发展方向,因为它是大规模CAE 应用的基石。例如,在航空航天领域,需要高性能并行计算的典型CAE应用有: –飞机/火箭/导弹等大型对象整体结构静力、动力响应、碰撞、安全性分析,整体外流场分析,多天线系统电磁兼容性及高频波段RCS分析,全模型流体-结构-电磁耦合分析;–航空发动机多级转子/静子联合瞬态流动分析,流体-结构-热耦合分析; –大型运载火箭/导弹发射过程及弹道分析…… · ANSYS求解器对高性能并行计算的支持 作为大型商用CAE软件的领头雁,ANSYS在对高性能并行计算的支持方面也走在所有CAE软件的前列,其各个求解器对高性能并行系统的支持可用下表描述:

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