网格并行计算系统研究开发

论文摘要

网格技术是当前信息科学的主要发展方向之一,是继Internet之后的又一次重大技术进步,是我国科技中长期发展规划重点支持的关键技术领域。并行计算是提高计算机系统计算能力的技术方案,用网格技术实现大规模分布并行计算是必然的趋势。开源的Globus Toolkit（GT）功能强大、结构灵活,在当今数以千计的网格项目中得以应用。MPICH与GT的产物—MPICH-G2提供了与MPICH完全一致的并行编程环境,为基于网格的并行计算提供了崭新的途径。作者应用GT4和MPICH,设计实现了一个资源共享和协同任务调度的网格并行计算系统（GPCS）。该系统对进入网格、提交任务、分配任务、执行任务等服务进行了封装,既为用户提供了易于调用的接口,又简化了并行计算任务在网格中的执行流程。本文首先探讨了网格、并行计算、网格环境下并行计算及监控的相关理论;然后详细介绍了GPCS及其实现过程,包括解决异构平台互操作、分布式CA建立、单点登录、远程登录及节点动态监控等一些技术难点的对策;最后通过具体实验证明了GPCS的可行性,分析了GPCS的并行计算性能。作者的研究与实验结果表明,基于网格的并行计算系统能充分利用闲置的计算机硬件资源和开源的软件资源,可使用户获得良好的经济效益,具有一定的学术研究与应用推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题研究目的和意义
• 1.4 主要研究开发工作
• 2 网格并行计算相关理论
• 2.1 网格
• 2.1.1 网格的起源与特点
• 2.1.2 网格体系结构
• 2.1.3 Globus与Globus Toolkit
• 2.2 并行计算
• 2.2.1 并行程序设计
• 2.2.2 MPI、MPICH与MPICH-G2
• 2.3 网格环境下并行计算
• 2.3.1 网格环境下并行计算的优点
• 2.3.2 GT网格资源管理
• 2.3.3 基于MPICH-G2的并行计算步骤
• 2.4 网格环境下并行计算监控
• 2.4.1 Ganglia
• 2.4.2 RRDTool
• 3 网格并行计算系统设计
• 3.1 GPCS概要设计
• 3.1.1 GPCS文件与各层功能
• 3.1.2 认证授权
• 3.1.3 网格监控
• 3.2 GPCS详细设计
• 3.2.1 GPCS支撑网络结构
• 3.2.2 GPCS细化结构
• 3.2.3 主节点
• 3.2.4 从节点
• 3.2.5 安全认证
• 4 网格并行计算系统实现
• 4.1 GPCS底层支撑环境实现
• 4.1.1 软硬件与网络结构
• 4.1.2 网格支撑环境实现
• 4.1.3 并行计算支撑环境实现
• 4.1.4 认证授权与认证代理
• 4.1.5 角色映射与单点登录
• 4.1.6 异构平台互操作
• 4.1.7 支撑环境前期测试
• 4.1.8 远程登录
• 4.1.9 数据库管理器
• 4.1.10 网格管理器
• 4.2 GPCS监控子系统实现
• 4.2.1 监控子系统软件与配置
• 4.2.2 监控子系统运行效果
• 4.3 GPCS核心层实现
• 4.3.1 编译器
• 4.3.2 部署器
• 4.3.3 调度器
• 4.3.4 执行器
• 5 网格并行计算系统应用
• 5.1 问题提出
• 5.2 串行算法及实现
• 5.3 并行算法及实现
• 5.3.1 算法分析与提出
• 5.3.2 算法实现
• 5.3.3 GPCS文件
• 5.3.4 运行结果与分析
• 6 结论
• 6.1 本文总结
• 6.2 今后研究设想
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 环境变量设置
• 附录B GPCS部署器（Deployer）
• 附录C GPCS调度器（Scheduler）
• 附录D 并行程序源代码（sieve.c）
• 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文