并行应用程序的远程实时跟踪科学计算可视化技术研究

论文摘要

跟踪驾驭技术是目前科学计算可视化中重要的研究领域之一。并行应用程序的远程实时跟踪可视化技术通过实现对并行应用程序的实时监控,实时地显示计算过程的中间结果,根据当前计算状态对计算过程进行实时交互控制。该技术有助于科研人员更进一步地了解和控制并行数值模拟的计算过程。 本文探讨面向并行应用程序的远程实时跟踪技术,并研制一个原型系统RVS（Remote Visualization System）。该系统远程实时访问运行在分布存储并行机上的并行程序中的变量,将计算的中间结果实时地显示在客户端图形工作站上,从而实现程序的远程实时跟踪。实验结果表明,该解决方案是实现并行程序的远程实时跟踪可视化的一种有效途径。 第一章,概述科学计算可视化技术及其应用背景,强调实时跟踪技术对实际科研工作所起的重要作用。列举目前一些流行的可视化系统,分析其适用的范围和特点,总结其不足,最终提出分布式环境下的并行程序实时跟踪系统RVS的模型。 第二章,介绍分布式可视化系统的体系结构、任务划分及底层通信,提出RVS系统的科学可视化环境。RVS系统的最终设计目标是保证计算程序干扰最小的前提下实现远程实时跟踪可视化。系统是基于C/S模型的面向网络的分布式可视化系统,采用超级计算机与工作站网络连接模式,超级计算机完成数值模拟计算过程,C/S间传送原始计算数据,工作站系统承担所有可视化任务。 第三章,介绍RVS系统软件实现,即构成整个系统的应用支持模块、可视化处理模块及数据传输模块的软件实现。详细说明数据探针、数据源、通信器及映射器四个关键的数据结构,以及如何使用相应的API（应用程序接口）实现各个模块。 第四章,主要阐述了远程分布式数据访问技术,详细说明系统设计中采用的多种存储类型变量的收集、分布类型数据的何置索引以及异步方式下的同步访问机制等关键技术。 第五章,以Lared-Ⅰ并行数值模拟程序为应用背景,介绍计算程序的改造过程,调用相应的API实现网格、电子温度、离子温度和光子温度数据源的定义;设计客户端2D-DVS（通用图形可视化系统）,添加远程监控功能,实现网格、电子温度、离子温度和光子温度的跟踪。 第六章,RVS系统的性能评测,包括数据源和数据探针的创建时间分析、远程访问固定规模数据的时间分析、远程访问不同规模数据的时间分析。分析字序转换问题对RVS系统延迟的影响。 最后,在第七章中总结本论文的工作,并提出进一步研究的方向。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 背景
• 1.2 实时跟踪
• 1.3 相关研究
• 1.4 本文工作
• 1.5 论文安排
• 第二章 并行分布式远程跟踪可视化系统RVS体系结构
• 2.1 可视化工作过程
• 2.2 分布式可视化
• 2.2.1 介绍
• 2.2.2 系统结构
• 2.2.3 服务器／客户任务划分
• 2.2.4 C-S通信
• 2.3 基于CLIENT／SERVER模型的远程跟踪RVS的设计
• 2.3.1 设计目标
• 2.3.2 系统体系结构
• 2.3.3 系统的模块化设计
• 2.3.4 C／S的任务划分
• 2.4 应用实例
• 第三章 RVS系统的软件实现
• 3.1 RVS系统的概述
• 3.2 RVS系统的支持平台
• 3.2.1 硬件平台
• 3.2.2 软件结构
• 3.3 数据传输模块的设计
• 3.3.1 AMS软件包概述
• 3.3.2 四大对象的数据结构
• 3.3.3 数据探针
• 3.3.4 数据源
• 3.3.5 通信器
• 3.3.6 映射器
• 3.4 模块的具体实现
• 3.4.1 应用支持模块的实现
• 3.4.2 可视化处理模块的实现
• 3.4.3 数据传输模块的实现
• 第四章 关键技术
• 4.1 线程间的互斥操作
• 4.2 多种存储类犁变量的收集
• 4.3 分布类型数据的位置索引
• 4.4 同步访问机制
• 4.4.1 用数据源对象封装数据探针对象
• 4.4.2 设置同步访问的“停止时间”，即停止点
• 4.5 等候室设计
• 4.6 字序问题
• 第五章 RVS的实际应用
• 5.1 服务器端的程序改造
• 5.1.1 服务器端程序设计
• 5.1.2 服务器端程序的具体实现
• 5.2 客户端程序设计及实现
• 5.2.1 客户端数据传输模块的设计
• 5.2.2 客户端用户界面的设计及实现
• 5.2.3 RVS的阶段功能
• 5.3 RVS系统跟踪模拟程序LARED-Ⅰ的效果
• 第六章 RVS系统性能评价
• 6.1 数据源和数据探针的创建时间分析
• 6.2 远程访问固定规模数据的延迟时间分析
• 6.3 远程访问不同规模数据的延迟时间分析
• 6.4 RVS系统访问时间的具体分析
• 第七章 总结和展望
• 7.1 本文的工作总结
• 7.2 该技术路线的优缺点
• 7.3 进一步研究设想
• 参考文献
• 论文发表情况
• 致谢