【摘要】： 甚長基線干涉測量技術(shù)(VLBI)具備高精度測角能力，已被應(yīng)用于對人造衛(wèi)星及深空航天器的跟蹤觀測及定位。VLBI相關(guān)處理機是VLBI技術(shù)中數(shù)據(jù)預(yù)處理的核心設(shè)備，它分為硬件相關(guān)處理機和基于通用計算機平臺的軟件相關(guān)處理機。近年來，基于高性能PC或服務(wù)器平臺的軟件相關(guān)處理機技術(shù)已經(jīng)成為VLBI技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。軟件相關(guān)處理技術(shù)已經(jīng)在深空探測領(lǐng)域獲得了極大的成功，并且開始在天體物理和空間大地測量方面得到應(yīng)用。 目前，觀測站數(shù)目的增多與觀測帶寬的增大，帶來了數(shù)據(jù)速率的提高。軟件相關(guān)處理技術(shù)如何向?qū)崟r、高速、大規(guī)模并行處理是VLBI領(lǐng)域中一個重要的具有前沿性的研究方向。 在高性能計算領(lǐng)域，集群已作為主流體系結(jié)構(gòu)而被廣泛采用。它具備突出的特點，如能夠應(yīng)對復(fù)雜的科學計算，海量數(shù)據(jù)的并行處理等。通過構(gòu)建高性能集群來解決復(fù)雜的科研及工程問題，已成為當今一個主流的解決方案。 本文前三章闡述了VLBI技術(shù)背景、國內(nèi)外軟件相關(guān)處理系統(tǒng)現(xiàn)狀，集群計算原理，以及集群系統(tǒng)在軟件相關(guān)處理系統(tǒng)中的國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀。 本文重點研究在小規(guī)模集群環(huán)境下VLBI軟件相關(guān)處理方法與實現(xiàn)技術(shù)。首先分析目前軟件處理機的基本原理、特點。其次利用現(xiàn)有資源，組建多節(jié)點集群計算系統(tǒng)，提出MPI和Pthread相結(jié)合的兩級并行模式的相關(guān)處理算法，并在此基礎(chǔ)上編寫并行相關(guān)處理軟件。最后對并行相關(guān)處理軟件在集群中的處理性能進行分析，并提出進一步的優(yōu)化方法。 基于本文研究內(nèi)容，研究并開發(fā)了3節(jié)點、每節(jié)點8個CPU的集群計算系統(tǒng)，以及具備4臺站、6條基線、并行相關(guān)處理能力的VLBI軟件相關(guān)處理軟件。此軟件在并行處理4臺站、每臺站128Mbps速率的數(shù)據(jù)中，能夠達到118Mbps／臺站的相關(guān)處理速率。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（上海天文臺）
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：P164
【圖文】：

高性能計算問題。作為HPC中的硬件部分一高性能計算機主要經(jīng)歷了從單機高性能到分布式可擴展系統(tǒng)的一個發(fā)展。圖3一1展示了這樣的一個發(fā)展趨勢119]。器器器器器器器器器 器器入 入 可擴擴并并行向量處理機機機機機CC一N咖 A{{{展并并SSSIMD寶1·算機 機.目 目Cow鄉(xiāng) 鄉(xiāng)~行計 計 DDDDDDDDDDDSMMM算機機系系系系系系系系系 系 系 系統(tǒng)統(tǒng)圖3一1高性能計算機發(fā)展趨勢在較早的并行向量處理機中，CPU被優(yōu)化以便更好地處理向量數(shù)組的運算。向量處理器系統(tǒng)的性能相對較高，在20世紀80年代到90年代早期一度在HPC體系架構(gòu)中占有統(tǒng)治地位。但由于造價昂貴與應(yīng)用領(lǐng)域較窄，目前已很少使用。 sIMn(singleInstruetionmultiplenata)計算機指單指令多數(shù)據(jù)流計算機。它按照同一條指令，在并行機的各個不同的功能部件同時對不同的數(shù)據(jù)進行不同的處理。它采用專用計算系統(tǒng)，目前己經(jīng)退出歷史舞臺。對稱多處理器(s卿 etrieMultipleproeessors，sMp)是HpC常用的體系架構(gòu)之一，其中的多個處理器共享系統(tǒng)中的內(nèi)存。SMP特點是內(nèi)存共享比較方便

蘭型竺墜川一三州ing‘具:一“‘“’一’圖3一 4Amdahl定律示意圖對于固定的計算負載，通過并行途徑來提高性能，在實際的應(yīng)用中，常數(shù)1/f是不可能達到的。因為采取并行手段，必然會帶來額外的并行開銷，如網(wǎng)絡(luò)通訊、競爭資源等。所以在實際的應(yīng)用中，加速比還要考慮不同并行帶來的不同并行開銷。因此，通過公式3一3與結(jié)合實際中的應(yīng)用，可以看出，并行程序中的串行分量比例和并行額外開銷越小，則實際的加速比越大。這實際上就是研究并行算法中的一條基本原則，即在并行化的過程中，要盡量減少應(yīng)用中必須串行的部分

第4章集群環(huán)境下軟件相關(guān)處理機并行算法研究圖4一6為單線程和多線程執(zhí)行效率對比的一個簡單的示意圖。設(shè)程序運行在4CPU服務(wù)器平臺上，A、B、C、D為4個相對獨立的程序段。圖4一6(a)單線程結(jié)構(gòu)中，各程序段依次執(zhí)行，程序總的運行時間為A，B，C，D運行時間的總和。而圖4一6(b)結(jié)構(gòu)采用多線程并行執(zhí)行程序，每個程序段將分配給不同的線程(調(diào)用不同的CPU)運行，即線程1執(zhí)行程序段A

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2755382