[发明专利]针对SMP集群系统采用MPI和OpenMP混合并行提高计算速度的方法

权利要求书

1.一种针对SMP集群系统采用MPI和OpenMP混合并行提高计算速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）计算准备

a)启动MPI多进程计算，其中进程数小于或等于可用计算节点数目；

b)每个进程读入子稀疏矩阵A、子初始向量x₀、块向量b和最大计算公差Tolerance，子稀疏矩阵A、子初始向量x₀和块向量b是通过网格划分软件划分问题的计算域后生成；

（2）开始预条件共轭梯度法的MPI+OpenMP并行的循环计算

1）根据初始值x₀，计算r=b-Ax₀；

2）p＝M^-1r；

3）ρ＝r^Tp；

4）每个进程开启OpenMP多线程编译指令，其中线程数小于或等于该线程所处计算节点可用CPU核数目：

#pragmaompparallel{  /*开始OpenMP线程*/

5）fori=1,2,……  /*开始循环*/

6）#pragmaompparallelforreduction(+:α){

7）q＝Ap  /*稀疏矩阵向量乘*/

其中，具体包括以下步骤：

①多线程并行计算行循环：按行顺序，i从0循环到稀疏矩阵最后一行，其中：

a)预先读取子稀疏矩阵A第i行的数据，存到向量tmp中，

b)j从0循环到第i行非零值结尾，其中：

i.k=第i行第j个非零值的列指数，

ii.q[k]=tmp[j]*p[k]+q[k]，

②MPI非阻塞通信交换各节点的q；

8）α＝p^Tq  /*向量内积*/

9）}

10）α＝ρ/α

11）ρ_old＝ρ

12）#pragmaompparallelforreduction(+:ρ,error){

13）x＝x+αp  /*AXPY*/

14）r＝r-αq  /*AXPY*/

15）q＝M^-1r  /*向量内积*/

16）q＝r^Tq   /*向量内积*/

17）error＝r^Tr  /*向量内积*/

18）}

19）β＝ρ/ρ_old  

20）#pragmaompparallelfornowait{p＝q+βp}  /*AXPY*/

21）#pragmaompsingle{MPI_Allgather(error);

22）    If(error<tolerance)break}

23）}     /*结束for循环和OpenMP多线程计算*/

（3）各计算节点的计算结果归约后得到最终计算结果。

并行计算时，首先MPI进程启动，对问题进行多进程分解，开始节点间的并行，每个MPI进程被分配到一个计算节点上，进程间使用消息传递交换信息；然后在每个MPI进程中，使用OpenMP制导指令创建一组线程，并分配到计算节点的不同处理器上并行执行。

2.如权利要求1所述的针对SMP集群系统采用MPI和OpenMP混合并行提高计算速度的方法，其特征在于：所述网格划分软件可为Metis或ParMetis。

3.如权利要求1所述的针对SMP集群系统采用MPI和OpenMP混合并行提高计算速度的方法，其特征在于：开启MPI多进程计算和OpenMP多线程计算后，能够针对多核SMP集群多核、多节点的硬件资源特性，实现计算节点间和计算节点内的两级并行。

4.如权利要求1所述的针对SMP集群系统采用MPI和OpenMP混合并行提高计算速度的方法，其特征在于：并行计算执行过程中，计算节点间（即进程间）通过MPI消息传递方式通信数据，在计算节点内（即进程内）通过OpenMP线程组的共享内存方式实现数据共享

5.如权利要求1所述的针对SMP集群系统采用MPI和OpenMP混合并行提高计算速度的方法，其特征在于：每一子稀疏矩阵的存储格式为CSR。