多核模式下地震勘探并行计算研究

论文摘要

目前,许多工程计算领域都需要处理大规模海量数据。如何快速、高效的处理这些数据成为科技工作者最为关心的问题。并行处理技术的产生使得快速处理大量的数据成为可能。在石油勘探领域,随着现在油气藏勘探领域不断扩大,使得勘探中所面对的目标地质体越来越复杂；同时油气藏的勘探开发力度日益加深导致地震勘探数据量与计算量呈指数级增长,这些都对并行处理技术提出了迫切的需求。在并行处理技术中,消息传递编程模型（MPI）是主要的并行模型,该模型的效率主要受两个因素影响,分别是互联网速度与单个节点的计算能力。个人微机上的多核CPU的普及提供了单个计算节点上的CPU计算资源的挖掘空间。本文的主要目的是通过提高单个节点的计算能力来提升程序的并行效率。为了提高节点的计算性能,文中引入OpenMP多线程并行编程。OpenMP是共享存储体系结构的并行编程标准,随着多核处理器的普及,广泛使用OpenMP并行编程成为并行技术的发展方向。克里金方法是地震数据处理中的重要方法。本文针对克里金方法的主要部分,在MP、OpenMP以及MPI+OpenMP三种模式下进行实验,并对其结果进行比较得出了MPI+OpenMP是一种相对高效的并行策略并具有良好扩展性的结论。最后将MPI+OpenMP应用到克里金方法中,实验结果表明：并行求解的加速比达到了1.72。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究的目的
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文的结构
• 第2章 并行计算
• 2.1 并行计算的研究目标
• 2.2 并行计算机的分类
• 2.3 并行程序的编程模型
• 2.3.1 消息传递编程模型
• 2.3.2 共享存储编程模型
• 2.3.3 数据并行编程模型
• 2.3.4 三种编程的比较
• 2.4 并行程序性能评价
• 2.4.1 加速比
• 2.4.2 Amdahl定律
• 2.5 本章小结
• 第3章 地震勘探
• 3.1 地震勘探技术的发展
• 3.2 地震勘探的基本原理
• 3.3 地震勘探过程
• 3.4 地震数据处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 多核处理器中的并行计算
• 4.1 OpenMP简介
• 4.2 OpenMP编程基础
• 4.2.1 OpenMP编程指导语句
• 4.2.2 OpenMP开发
• 4.2.3 OpenMP中的数据处理子句
• 4.3 OpenMP多线程程序性能
• 4.4 OpenMP使用中的注意事项
• 4.5 OpenMP应用实例
• 4.6 本章小结
• 第5章 OpenMP在地震勘探中的应用
• 5.1 克里金方法简介
• 5.2 克里金方法的基本原理
• 5.2.1 变异函数基本理论
• 5.2.2 理论变异函数的模型
• 5.3 克里金方法并行实现
• 5.3.1 克里金方法算法描述
• 5.3.2 克里金方法并行程序的OpenMP程序
• 5.3.3 LU分解的并行程序设计
• 5.4 实验及性能评价
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与进一步的工作
• 6.1 总结
• 6.2 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果