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东北师范大学
硕士学位论文
基于对象技术的软件模式在MPI并行程序设计中的应用研究
姓名:侯鲲
申请学位级别:硕士
专业:计算机软件与理论
指导教师:林和平
20050501
摘要
现代计算机技术极大地促进了计算科学的发展。在实践中,由于受到物理器件极
限速度和技术水平的限制,使得单处理机远远满足不了现代许多领域中具有挑战性的
大规模计算课题对计算资源的需求,因此并行计算成为研究热点。
设计高效的并行程序是实现并行计算的关键。日前最重要的并行编程工具之一是
,然而,编程和其它并行编程一样,必须处理比串
行程序更复杂的情况,比如任务的划分,进程间的通信和同步等烦琐细节。这使得
并行程序设计极其复杂,而且开发出来的程序难以调试、维护和移植。在这样的
背景下,本论文将目前在软件工程领域广泛研究和应用的、基于对象技术的模式理论
引入并行程序设计领域,以改善这种困境。因为,基于对象技术的模式理论可
以进一步增强面向对象技术的优势,比如封装性和复用性等,为并行程序的设计和
实现提供了一个更有力的智力工具。
在本论文的研究中,首先对的并行程序设计技术进行了研究,初步总结了
其中的一些困难和特点而后,应用基于对象技术的软件模式对并行程序设计
中的编程元素进行重新整合,并在此基础上,针对并行程序设计中某些固有的
困难和特性给出了应用软件模式的解决方案。包括对中非面向对象接口的面向
对象封装、用模式实现和模型,以及用模式解决并行
程序设计中的交互问题,等等。
在研究的实验中,对几个应用软件模式实现的计算实例在集群系统上进行了测
试,并统计了测试数据,其结果证实了软件模式在并行程序设计中的可行性和
有效性。
另外,本文的研究是建立在自行组建的集群实验环境之上的。其理论和实践
对日后在更大规模、更复杂的集群系统上进行应用研究也具有一定的指导意义。
关键词消息传递接口并行程序设计并行计算软件模式设计模式
面向对象
函




玩
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本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究
工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致
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在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名株日期’,,歹
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学位论文作者签名五鳗一指导教师签名
日期军日期
学位论文作者毕业后去向
工作单位电话评和
通讯地址邮编邝
引言
由于计算机和计算方法的飞速发展,几乎所有的学科都走向定量化和精确化,从
而产生了一系列诸如计算物理学、计算化学、计算生物学、计算地质学、计算气象学
和计算材料学等计算科学,并且逐渐形成了一门计算性的学科分支,即计算科学与
工程。当今,利用计算机进行的计算己经成为与理论分析和实验并列的第三种科学研
究手段,并且充当越来越重要的角色。
虽然计算机的计算能力随着硬件技术的发展一再提高,但科学的进步使人们对它
的需求和期望也在不断增加。于是,并行计算就成为提高计算机系统计算能力的有效
手段。并行计算的关键是设计高质量的并行程序,但是,由于并行处理固有的内在复
杂性,使得并行程序设计比串行程序更复杂、更困难。鉴于此,本论文将近年来在软
件工程领域中产生并取得成功的软件模式理论引入并行程序设计,以期有所改善。
第一章绪论
研究的背景和意义
现代科技的发展对计算机系统提供更高计算速度的需求总是不断增加,需要高精
度和高速计算的领域包括科学和工程问题的数值建模和模拟,这样的问题常常需要对
大量数据进行反复计算,从而得到有效结果,而且计算必须在“合理”的时间内完成。
例如人类基因组工程、全球气候准确预报、海洋环流循环等等,没有万亿次以上的
高性能计算机是无法解决的。军事上的核爆炸模拟也必须使用万亿次以上的高性能计
算机。然而,单处理器计算机系统对这样的高性能计算显然不能满足需求。
提高计算速度的一种方法是用多个处理器协同求解一个问题,这种方法实际上好
多年来一直在进行研究。在这种方法中,整个求