[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

摘要

本发明公开了一种针对SMP集群系统采用MPI和OpenMP混合并行提高计算速度的方法，根据计算节点数目和节点内可用CPU核数确定可调用的MPI进程数和OpenMP线程数；每个进程读入已有子稀疏矩阵、子初始向量、块向量和最大计算公差；每个进程开启多线程编译指令；在各个进程上进行预条件共轭梯度法的循环计算，循环计算中的OpenMP栅障仅有三个；若计算的误差小于允许值，循环结束，否则继续循环；归约各个进程的计算结果，输出问题的解；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。

主权项

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/α11）ρ_old＝ρ12）#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。