面向对象有限元并行计算框架PANDA的并行机制
并行计算的基本原理
并行计算的基本原理并行计算的基本原理什么是并行计算•并行计算是一种通过同时执行多个计算任务来提高计算效率的技术。
它可以同时处理多个相互独立的子任务，从而加快整个计算过程。
并行计算的优势•提高计算效率：通过同时处理多个任务，对计算资源进行最大化的利用，从而减少计算时间。
•解决复杂问题：某些计算任务可能因为规模庞大而难以处理，通过并行计算可以将任务分割成多个子任务进行处理，从而更容易解决复杂的问题。
•增加可靠性：通过并行计算，即使某个任务出现故障，其他任务仍然可以继续执行，不会影响整个计算过程的可靠性。
并行计算的基本原理任务划分•并行计算的第一步是将整个计算任务分割成多个子任务，每个子任务相互独立，可以同时执行。
•任务划分的关键是找到能够并行执行的子任务，尽量保证各个子任务的负载均衡，避免某个任务过于繁重，导致整体计算效率下降。
任务通信•并行计算中的各个子任务需要相互通信，以便协调计算过程和交换计算结果。
•任务通信可以通过共享内存或消息传递来实现。
共享内存是多个任务共享同一块内存空间，可以直接读写变量，但需要注意同步问题；消息传递是通过发送和接收消息来进行任务间的通信，需要建立通信通道，并确保消息的正确传递。
任务调度•任务调度是指将各个子任务分配到计算资源上进行执行的过程。
•任务调度的目标是最大化地利用计算资源，以提高计算效率。
任务调度算法可以根据任务的优先级、负载均衡等因素进行选择。
结果合并•各个子任务执行完成后，需要将它们的计算结果进行合并，得到最终的计算结果。
•结果合并的过程可能涉及到数据的整合、计算的合并等操作，需要确保合并过程的正确性和有效性。
并行计算的应用领域•科学计算：并行计算可以加快科学计算的速度，从而提高研究效率。
在天气预报、基因组测序等领域都有广泛应用。
•数据处理：在大数据处理的场景中，通过并行计算可以更快地对海量数据进行处理和分析。
•人工智能：训练深度学习模型时，可以利用并行计算提高训练速度，加快模型的收敛过程。
大规模面向对象有限元程序的并行性能监测
大规模面向对象有限元程序的并行性能监测王海兵【期刊名称】《计算机应用》【年(卷),期】2011(031)0z1【摘要】通过重载MPI消息传递函数,在重载的MPI函数中调用MPE库中各日志记录函数,实现了大规模面向对象有限元程序自定义并行性能监测.对一个典型冲击动力学问题进行了16 CPU的并行有限元模拟,通过并行性能监测对其有限元并行算法进行了分析.%MPI functions in the large-scale object-oriented finite element software were overloaded to cany out user defined parallel performance profiling. Log functions in Multi-Processing Environment (MPE) library were inserted to MPI functions when the MPI functions were overloaded. A typical impact simulation has been carried out using 16 CPUs, and the simulation process was monitored. Parallel finite element algorithm which was used in the simulation has been evaluated by analyzing the monitor results.【总页数】3页(P172-173,176)【作者】王海兵【作者单位】青海油田井下作业公司，青海海西816400【正文语种】中文【中图分类】O342【相关文献】1.面向对象的MPI网络并行有限元程序开发 [J], 茹忠亮;张煜2.面向对象非线性有限元程序设计方法研究 [J], 安毅3.大规模面向对象有限元程序的并行性能监测 [J], 王海兵4.面向对象的土体非线性有限元程序设计 [J], 彭芸;袁政强;钟祖良5.面向对象有限元程序设计在RC结构中的应用 [J], 李建全;张亚栋;还毅;罗加成;张跃飞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
2022年上半年信息系统项目管理师上午试卷
2022年上半年信息系统项目管理师上午试卷1. 【单选题】为了表达一只小狗的信息，可以用汉字“小狗”，也可以通过一只小狗的彩色图片，还可以通过声音文件“汪汪”来表示。
同一个信息可以借助不同的信息媒体表现出来，（江南博哥）这体现了信息的( )。
A. 传递性B. 依附性C. 及时性D. 动态性正确答案：B参考解析：信息的依附性可以从两个方面来理解，一方面，信息是客观世界的反映，任何信息必然由客观事物所产生，不存在无源的信息；另一方面，任何信息都要依附于一定的载体而存在，需要有物质的承担者，信息不能完全脱离物质而独立存在。
2. 【单选题】面向对象的方法构建在类和对象之上，通过建模技术将相关对象按照( )进行分组，形成( )。
A. 管理，接口B. 流程，用例C. 活动，系统D. 业务，构件正确答案：D参考解析：OO(object oriented)的方法构建在类和对象之上，随后发展起来的建模技术将相关对象按照业务功能进行分组，就形成了构件的概念。
对于跨构件的功能调用，则采用接口的形式把功能暴露出来。
进一步将接口的定义与实现进行解耦，催生了服务和面向服务(SO，Service Oriented)的开发方法。
SO 的可使得业务IT系统更加灵活，可使IT系统更加适应业务的变化。
3. 【单选题】Hadoop中，( )是大规模数据集的并行计算框架。
A. DataNodeB. HDFSC. MapReduceD. Hive正确答案：C参考解析：MapReduce包含了三层含义：第一，它是一个基于集群的高性能并行计算平台；第二，它是一个用于大规模数据集(大于1TB)的并行计算软件框架；第三，它是一个并行计算程序设计模型与方法。
其主要思想是“Map(映射)”和“Reduce(归约)”，可使编程人员在不了解分布式并行编程的情况下，将自己的程序运行在分布式系统上。
4. 【单选题】按照《“十四五”国家信息化规划》重大任务和重点工程中，要统筹建设物联、( )、智联三位一体的新型城域物联专网，加快5G和物联网的协同部署，提升感知设施的资源共享和综合利用水平。
面向对象有限元框架内并行接触类的设计
面向对象有限元框架内并行接触类的设计白小勇*，何颖波，陈成军（中国工程物理研究院总体工程所，四川绵阳 621900）摘要：为了简化在框架中扩充接触计算功能，及开发和实现新的接触算法的研究工作，本文设计了一种针对框架应用的并行接触类。
对接触计算流程进行深入分析，抽象出串行接触类的属性、方法以及与框架中其它类的协同机制。
针对已有并行接触算法，提出并行接触算法模型。
基于此模型，通过继承串行类和扩展并行属性和方法设计了并行接触类。
类的设计充分考虑了类的易用性、可移植性、可扩充性及可维护性。
对类的应用表明，类被整合到框架中后，未影响框架的整体结构，并且能高效的实现接触计算功能。
关键词：并行有限元框架；并行接触算法；算法模型；面向对象；1引言面向对象有限元框架因其功能强大、扩充简单、管理方便、代码复用度高而逐渐成为有限元程序开发的新趋势[1]。
虽然在框架内扩充功能相对简单，但是由于接触计算特别是并行接触计算的数据流非常复杂，在框架内进行并行接触功能的开发及开发新的接触算法仍然是一项非常复杂而耗费时间的工作[2]。
本文利用面向对象分析方法，对接触计算的属性和方法进行封装，设计了串行和并行接触类。
接触类通过接口映射方法(函数)与框架进行协同，通过编写不同的接口映射函数，接触类可以容易地整合到不同的框架中去。
Tahoe框架是由美国Sandia实验室开发，面向新数值算法和材料模型研究的开源平台。
Tahoe集有限元法、无网格法和物质点法于一身，开发完整后能进行二维和三维的多物理静力学、冲击动力学并行计算[3]。
本文通过分析Tahoe框架的特点，将接触类接入Tahoe框架，使Tahoe框架具备了接触功能，算例表明接触类能够很好的融入框架中，实现高效率的接触并行计算。
2接触算法及串行接触类设计2.1 接触算法接触计算通常由接触搜索、接触力计算两部分组成。
接触搜索在接触区域中搜索可能的接触，搜索结果表达为“点-面”接触对，或“点-点”、“面-面”接触对[4]。
PANDA的功能可扩展性设计与应用
PANDA的功能可扩展性设计与应用孙乐;何颖波;莫军【摘要】针对有限元分析软件功能的可扩展性需求,介绍面向对象有限元并行计算框架PAN DA的单元设计和单元类的扩充方法.在PANDA中,单元分析被抽象成单元算法和材料本构模式,并提供单元类型、材料模型的接口服务,用户可以根据不同的应用需求构成并实例化不同的C++抽象基类来解决实际问题.单元类的扩展步骤为:在ElementListT类的单元对象列表中添加单元对象；为该单元类设置相应的属性和操作,以实现程序功能的扩充；修改编译文件以保证程序能够顺利地通过编译.以轴对称导热分析为例验证单元类的扩充方法在PANDA中的实现.PANDA的单元分析设计有力地保证其功能的可扩展性.【期刊名称】《计算机辅助工程》【年(卷),期】2011(020)003【总页数】5页(P55-59)【关键词】有限元并行计算框架;PANDA;软件开发;功能可扩展性;单元分析【作者】孙乐;何颖波;莫军【作者单位】中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院,四川绵阳621900;中国工程物理研究院总体工程研究所,四川绵阳621900【正文语种】中文【中图分类】TP311;0242在大型结构工程设计中，数值模拟是研究复杂系统综合性能的主要方法之一，而有限元分析软件在其中发挥着重要作用．近年来，随着航空、航天以及武器工程等领域的不断发展，出现很多大型和超大型结构，同时结构力学行为分析涉及的物理领域也不断扩展，使有限元分析软件逐渐面向大规模、多物理场的应用［1-3］．将客观世界准确、简单而又自然地表达出来是计算机软件设计所追求的目标．良好的软件设计需要软件开发方法的配合，传统的结构化程序设计方法具有模块化特点，执行流程是各程序段根据给定的算法依次对数据进行处理，任何数据的添加或形式改变都会导致一系列相关过程的变化．随着分析问题类型的急剧扩大，有限元分析软件模块越来越多，模块之间的数据传递也越来越频繁，结构化程序设计导致程序的扩展能力有限，不易维护、调试复杂且代码的重用性低［4-6］．从20世纪80年代后期兴起的面向对象的程序设计方法克服上述结构化设计的不足，其封装、继承和多态性特点为功能模块的集成化、扩充的灵活性提供有利条件，在一定程度上提高软件的开发效率，逐渐成为大型软件的主流设计方法［7-8］．基于框架的现代软件开发理念和模式，贯彻软件模块化的思想，更注重沉淀和复用应用软件的共性技术，不仅可以实现代码级的重用，还可以重用设计与分析，在更大的粒度上实现系统级的复用，极大地降低软件研制难度、缩短软件研制周期，同时领域内的软件结构一致性好，确保软件的集成性以及可升级、可扩展性．［9］为面向复杂工程结构的大规模、多物理场计算分析应用，中国工程物理研究院于2007年采用面向对象、层次化、模块化的设计模式，形成面向对象有限元并行计算框架PANDA［10］的基本版本，见图1．该框架通过建立网格、场等底层数据结构，集成高性能数值求解器和工具包，如线性方程组求解器、特征值求解器、应用参数解析、数据输入输出、积分器、区域分割软件和并行通信等，以服务的方式提供一个快速建立高性能并行计算程序的开发环境;通过将有限元分析的数据和过程逐级封装，形成一个构架良好的有限元分析系统．在该系统中，有限元管理器以访问者的身份协调不同功能组件按照约定的接口协同工作，传递数据，完成有限元分析;系统设计采用继承和多态机制，易于集成或添加工程结构有限元计算所需的各种服务组件，如求解器、单元类型库和材料模型库及其接口服务，为软件开发提供一个扩展性良好的基础平台，支撑工程结构有限元高性能并行计算应用开发能力的不断扩充和完善．目前，已具备初步的结构静力学、振动力学、冲击力学、传热学以及热力耦合等并行计算程序开发能力．本文通过分析PANDA框架的单元分析设计，探讨其功能的可扩展性;并在现有单元库及单元接口服务的基础上给出添加二维轴对称导热单元类的实例，实现不修改原模块并在相同操作界面功能的有规则扩充，展示PANDA框架设计的优越性．单元分析是整个有限元分析过程的基础，尽管不同物理分析类型的单元分析算法各不相同，但其分析过程均可归结为依据单元的几何属性和材料属性等完成单元特性矩阵的计算以及系统特性矩阵的组装．［11］据此，PANDA框架将单元分析抽象成单元算法和材料本构模式两方面，利用面向对象的设计模式分别提供单元类型和材料模型的接口服务．单元(库)、材料(库)及其相关的接口服务处于PANDA框架顶层的应用个性层，与实际应用紧密相联;根据不同的应用需求，可以构成不同的C++抽象基类，通过对这些基类的实例化，可在PANDA框架上求解实际问题．PANDA框架的单元接口服务由单元基类ElementBaseT和单元对象构造器ElementListT共同完成(见图2)．ElementBaseT主要负责向应用程序提供单元算法服务，它抽象出各单元类的共性(属性和操作)，为单元算法提供统一界面，根据具体的单元算法可逐级派生得各种具体的单元类．ElementListT为单元类型的添加和识别设置统一接口，其主要功能为定义单元对象的列表;通过单元对象列表中的单元名称创建具体的单元对象;并通过一个单元类的指针指向已创建的单元对象，执行具体的单元算法．它以不改变程序主体结构的方式，实现向应用程序添加和识别新单元类的服务．PANDA框架的材料接口设计与此类似，不再赘述．面向多物理场应用的大型有限元软件涉及多种物理分析类型，因此在设计上需要考虑多物理场分析类型的可扩展性．该设计模式在面向多物理场应用时，可通过继承和多态机制在相同操作界面下方便地添加新的单元和材料类，并以不修改程序原模块的方式实现新的单元算法和材料本构模式，从而不断扩充已有程序的功能，有力地保障物理场分析功能的多样性、可扩展性以及代码的可重用性．从上文的分析可知，PANDA框架的单元分析设计有力地保证系统分析功能的可扩展性．在程序中添加新的单元类(添加材料类与其类似)需要完成以下3个步骤:在ElementListT类的单元对象列表中添加该单元对象，以便程序能识别该新增的单元类;为该单元类设计相应的属性和操作，实现程序功能的扩充;修改编译制导文件，保证程序能顺利通过编译．在实际工程的传热分析中，常需要采用轴对称算法简化整个分析过程，本文以轴对称热传导单元的添加为例，对上述3个步骤作详细说明．为最大限度地实现对代码的重用，分析PANDA框架的单元组织结构和已有的导热单元代码，分别以现有单元库中的线性傅里叶导热单元类DiffusionElementT，非线性傅里叶导热单元类NLDiffusionElementT和非傅里叶导热单元类HyperbolicDiffusionElementT作为父类，继承它们的属性和方法，再根据目标通过重定义的方式修改或添加某些方法，派生出各自对应的轴对称导热单元类，实现轴对称导热问题的有限元分析．详细的扩充过程如下:(1)在单元对象构造器中添加轴对称导热单元名称并定义新的单元类．①修改ElementListT．cpp文件，添加预定义宏命令，以便识别轴对称导热单元类DiffusionAxiElementT， NLDiffusionAxiElementT 和HyperbolicDiffusionAxiElementT的头文件．②修改函数 ElementListT::DefineInlineSub，在单元列表中添加轴对称导热单元的名称．③修改函数ElementListT::NewElement，按照单元列表中添加轴对称导热单元的名称创建新单元类的实例．(2)为轴对称导热单元类设计相应的属性和操作，实现程序功能的扩充．其中重要的成员函数如下:InternalEnergy计算内能;FormStiffness计算热传导矩阵;FormKd计算内力对载荷的贡献;LHSDriver计算热容及热传导矩阵;RHSDriver 计算内热源及热容项对载荷项的贡献;TractionBC_RHS计算热交换对载荷的贡献;TractionBC_LHS计算热交换对热传导矩阵的贡献;Axisymmetric判断是否为轴对称分析;B_axi计算轴对称情况下形函数对坐标的导数．(3)修改编译制导文件makefile．PANDA采用编译制导文件makefile进行分级管理．将添加的单元类 DiffusionAxiElementT，NLDiffusionAxiElementT和HyperbolicDiffusionAxiElementT的头文件与实现文件放入已创建好的单元目录panda\src\elements\continuum\diffusion下．修改该目录下的编译制导文件makefile，在其中加入新单元类的目标文件、源文件和头文件等信息．至此，完成PANDA框架单元库中轴对称导热单元的添加．在执行相应的应用程序时，有限元管理器将协调新的单元类及其他计算功能组件，使各功能组件通过约定的接口协同工作、传递数据，并最终完成轴对称热传导的有限元分析．为检验程序功能的正确性，采用如下算例进行测试:某双层空心圆筒的高度为8 m，内筒为厚度1 m的燃料层，外筒为厚度3 m的铝．燃料层有1 500 W/m3的内热源，热导率为35 W/(m·℃);铝层的热导率为100 W/(m·℃);铝筒外表面受到温度为150℃的高压水冷却，表面传热系数为3 500 W/(m2·℃)．算例测试表明PANDA轴对称导热分析计算结果与商用有限元程序计算结果完全一致(见图3)，验证程序的正确性．与传统的面向过程结构化程序设计方法相比，基于框架的先进开发模式和面向对象的主流设计思想可更好地适应程序对可重用性、可扩展性及复杂性的需要．PANDA框架采用面向对象、层次化、模块化的设计模式对有限元法单元分析过程的共性问题进行抽象，将其概括为单元算法和本构模型2个方面分别封装数据及操作;通过构建基类，为单元及本构计算分别建立统一界面;通过构建单元、材料对象构造器，为单元类型、材料模型的添加、识别设置统一接口．实例表明，该设计模式在面向多物理场应用时可在相同操作界面下方便地添加新的单元和材料类，并采用继承和多态机制以不修改程序原模块的方式实现新的单元算法和材料本构模式，从而不断扩充已有程序的功能，为多物理场的有限元分析程序开发提供一个扩展性良好的基础平台，大大简化软件开发过程，提高软件的开发效率．【相关文献】［1］Sandia National Laboratories．Computational activities in engineering sciences at Sandia National Laboratories，SAND2002-0392p［R］．2002:5-6．［2］MCGLAUN M．Sandia’s engineering code development under ASCI，SAND2003-1238p［R］．2003:9．［3］Sandia National Laboratories．Functional requirements for SIERRA version 1．0 beta，SAND1999-2587［R］．1999:3．［4］李海江，杨刚，易南概．面向对象的串并行有限元分析系统［J］．计算力学学报，2006，23(5):588-593．LI Haijiang，YANG Gang，YI Nangai．Object-oriented serial/parallel finite element analysis system［J］．Chin J Comput Mech，2006，23(5):588-593．［5］曹骥，袁勇．面向对象有限元方法研究进展［J］．力学季刊，2002，23(2):241-248．CAO Ji，YUAN Yong．Development of object-oriented finite element method［J］．Chin Q Mech，2002，23(2):241-248．［6］马永其，冯伟．面向对象有限元程序研究综述［J］．计算机应用研究，2001，18(10):7-9．MA Yongqi，FENG Wei．Advance in object-oriented finite element programming ［J］．Application Res Computers，2001，18(10):7-9．［7］魏泳涛，于建华，陈君楷．面向对象有限元程序设计——程序构架［J］．四川大学学报:工程科学版，2001，33(4):21-25．WEI Yongtao，YU Jianhua，CHEN Junkai．Object-oriented approach to the finite elementprogramming:the application architecture［J］．J Sichuan Univ:Eng Sci，2001，33(4):21-25．［8］张妮，曹建文．面向对象数值软件Trilinos及其线性代数包Epetra剖析［J］．超级计算通讯，2006，4(1):36-45．ZHANG Ni，CAO Jianwen．Research and analysis on object-oriented numerical software Trilinos and its linear algebra package Epetra［J］．Supercomputing Newsletter，2006，4(1):36-45．［9］Sandia National Laboratories．SIERRA framework version 3:core services theory and design，SAND2002-3616［R］．2002:11-14．［10］史光梅，何颖波，吴瑞安，等．面向对象有限元并行计算框架PANDA［J］．计算机辅助工程，2010，19(4):8-14．SHI Guangmei，HE Yingbo，WU Ruian，et al．Object-oriented finite element parallel computation framework PANDA［J］．Comput Aided Eng，2010，19(4):8-14．［11］魏泳涛，于建华，陈君楷．面向对象有限元程序设计——单元过程设计［J］．四川大学学报:工程科学版，2001，33(3):9-12．WEI Yongtao，YU Jianhua，CHEN Junkai．Object-oriented approach to the finite element programming:design of element procedure［J］．J Sichuan Univ:Eng Sci，2001，33(3):9-12．。
基于PANDA框架的非线性静力学有限元
基于PANDA框架的非线性静力学有限元论文导读：基于PANDA框架。
能够分析千万自由度规模的弹塑性静力学问题。
非线性求解策略。
形成了面向对象有限元并行计算框架PANDA。
并行计算，基于PANDA框架的非线性静力学有限元。
关键词：PANDA，静力学，非线性，有限元，并行计算1 引言特种武器结构复杂，在整个库存到靶序列（Stockpile to TargetSequence，STS）全寿命周期内要经历复杂严酷的载荷和环境条件，结构响应呈现出高度的材料非线性、边界非线性和几何非线性。
为提高特种武器的设计、试验和库存维护水平，对武器结构在各种条件下响应的精细建模和分析至关重要，需要充分考虑结构的几何细节和物理内涵，所建立的有限元模型可达上千万自由度规模乃至更高，而传统的商用有限元程序由于国外对我国的出口限制，非线性有限元模型的分析规模被限制在几百万自由度以下，且计算周期较长，无法快速响应设计和维护的需要。
为了提升特种武器的工程数值模拟能力，适应不断提高的武器工程数值模拟需求，迎接和加速由现阶段小规模低效率计算向大规模高效并行计算的转变，2007年中国工程物理研究院启动了院预研重大项目“武器工程大规模并行计算框架研究及基础平台开发”。
该项目在已有源码程序的基础上，通过在有限元并行计算方法方面开展研究与软件开发，初步形成了面向对象有限元并行计算框架PANDA，并基于PANDA框架初步开发了可应用于部分静力、振动、冲击和传热武器工程问题求解的大规模有限元并行计算模拟程序。
针对特种武器研制中的非线性静力学有限元大规模精细分析需求，充分消化吸收开放源代码的程序设计思想和技巧，基于PANDA框架，开发非线性静力学有限元分析所需的单元类型、材料模型、非线性并行求解策略，集成大规模线性方程组并行求解算法，初步形成了可求解小应变、有限应变线弹性和弹塑性静力学问题的非线性静力学程序。
悬臂梁弹塑性有限元分析模型达到了千万自由度规模，并行求解时间低于一小时。
基于PANDA的并行显式有限元程序开发
基于PANDA的并行显式有限元程序开发
陈成军;柳阳;张元章;白小勇;何颖波
【期刊名称】《计算力学学报》
【年(卷),期】2011(028)0z1
【摘要】冲击响应数值模拟在军用与民用领域有广泛的应用需求,但现有串行分析程序难以满足求解规模和效率的需求,因此需要开发并行显式有限元程序.本文在分析了显式有限元串行基本算法的基础上,设计了相应的并行算法,采用模块化程序开发模式基于PANDA程序框架开发了并行显式有限元分析程序DynPack,并进行了算例验证.算例表明,DynPack实现了结构冲击响应的大规模并行计算,并具有较高的并行效率.
【总页数】5页(P204-207,214)
【作者】陈成军;柳阳;张元章;白小勇;何颖波
【作者单位】中国工程物理研究院,总体工程研究所,绵阳,621900;中国工程物理研究院,总体工程研究所,绵阳,621900;中国工程物理研究院,总体工程研究所,绵阳,621900;中国工程物理研究院,总体工程研究所,绵阳,621900;中国工程物理研究院,总体工程研究所,绵阳,621900
【正文语种】中文
【中图分类】TP311.O242
【相关文献】
1.基于显式有限元方法的二维楔形刚体入水砰击载荷并行计算预报 [J], 骆寒冰;吴景健;王珊;徐慧
2.基于PANDA的并行显式有限元程序开发 [J], 陈成军;柳阳;张元章;白小勇;何颖波
3.基于PANDA框架的并行有限元模态分析程序开发和应用 [J], 李健;郝志明;宁佐贵
4.基于有效并行求解策略的显式有限元分析并行算法 [J], 付朝江;王天奇;林悦荣
5.基于 AFEPack 软件包的并行显式有限元程序开发 [J], 郭永辉;浦锡锋;姚成宝;董楠
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
面向云计算的并行计算框架设计与实现
面向云计算的并行计算框架设计与实现随着计算机技术的不断发展，云计算已经成为了当今最热门的技术领域之一。
同时，并行计算也成为了越来越多企业和机构所关注的重点。
因此，对于开发人员来说，如何设计一套有效的面向云计算的并行计算框架也越来越成为了一个关键的问题。
本文将从设计和实现两个方面，讨论面向云计算的并行计算框架的相关技术。
设计方面在设计面向云计算的并行计算框架时，需要考虑以下几点：1. 可扩展性一个良好的并行计算框架必须具有可扩展性，这意味着框架应该能够处理任意数量的资源。
在云计算领域，这可能意味着增加或减少虚拟云实例的数量来适应工作量的变化。
2. 任务分配机制另一个重要的考虑因素是任务分配机制。
即，如何将任务分配给框架中的不同节点。
一个好的并行计算框架应该具有自适应的任务分配机制，能够根据不同节点的负载自动调整任务。
3. 数据并行与管道并行一个好的并行计算框架应该支持数据并行和管道并行两种并行机制。
数据并行是指将数据拆分成多个部分，并允许多个节点同时处理不同的数据块。
管道并行是指通过多个节点一次性执行一个多阶段的计算流程。
4. 容错性容错性也是一项非常重要的需求。
在并行计算框架中，任何节点出现故障都可能会对任务执行产生影响。
因此，框架必须具有自动容错机制，保障系统的稳定性和可靠性。
实现方面在实现面向云计算的并行计算框架时，以下技术必不可少：1. 分布式文件系统分布式文件系统是实现面向云计算的并行计算的关键技术之一。
因为数据通常是分布在不同的节点和云实例之间的，需要使用分布式文件系统来管理数据和文件的存储和访问。
2. 分布式计算分布式计算是实现面向云计算的并行计算的核心技术之一。
就比如MapReduce就是通过分布式计算模型来实现大规模数据处理的。
3. 消息传递协议在分布式计算模型中，节点之间需要进行通信。
因此，消息传递协议也是一项非常重要的技术。
例如，使用基于消息队列（MQ）或分布式消息中间件（DMM）来实现消息传递机制。
PANDA的功能可扩展性设计与应用
ｅ ｔ ｎ ｉ ｌ ｙ；ｅｅ ｎ ｒ ｃ ｄ ｒ ｘ ｅ ｓｂｉ ｔ ｉ ｌｍｅ ｔｐ ｏ ｅ ｕ ｅ
收 稿 日期 ： ０ １０ — １ 修 回 日期 ： ０ １０ —ｌ ２ １ —３ １ ２ １－４０ 基 金 项 目 ：国 防基 础 科 研 重 大项 目（ ５０ １０ ２ Ｃ１２ １０ ０ ）
能并 行计 算应 用 开发 能力 的不 断扩充 和完 善 ． 目前 ，
已具 备初 步 的结 构 静力 学 、 动力 学 、 振 冲击 力 学 、 传 热学 以及 热力 耦合 等并 行计 算程 序 开发 能力 ．
应 用 个性 层
在其 中发挥 着重 要 作 用 ． 年 来 ， 近 随着 航 空 、 天 以 航 及 武器 工程 等领 域 的 不 断 发展 ， 现 很 多 大 型和 超 出 大 型结构 ， 同时结 构 力 学 行 为 分 析 涉 及 的物 理 领 域 也不 断扩 展 ， 使有 限元 分 析软件 逐 渐 面向 大规模 、 多
过 编译 ．以轴 对称 导热 分析 为例验 证 单 元 类 的扩 充 方 法在 Ｐ Ｎ Ａ 中的 实现 ． Ａ Ｄ 的单 元 分析 Ａ Ｄ ＰＮＡ
设 计有 力地 保证 其 功能 的可扩展 性 ． 关 键词 ：有 限元 并行 计 算框 架 ； Ａ Ｄ 软 件 开发 ； 能 可扩展 性 ； 元分析 Ｐ Ｎ Ａ； 功 单
性 等完 成单 元 特性矩 阵 的计算 以及系 统特 性矩 阵 的 组 装 ．Ｉ １ 据此 ，Ａ Ｄ Ｐ Ｎ Ａ框架 将 单元 分 析 抽 象成 单 元 算 法 和材料 本构 模 式 两 方 面 ， 用 面 向 对象 的设 计 利
ｈ ａ ｏ ｄ ｔｏ ｎ ｌｓｓ Ｔ ｅ ｅｅ ｎ ｏ ｅ ｕ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ｕ ｅ ｈ ｕ ｃ ｉｎ ｅ ｔ ｎ ｉ ｉ ｔ ｆＰＡＮＤＡ ｅ ｔｃ ｎ ｕｃｉｎ ａ ａｙ ｉ． ｈ ｌ ｍｅ ｔｐｒｃ ｄ ｒ ｅ ｉ ｎ ｅ ｓ ｒ ｓｔ ｅ ｆ ｎ ｔｏ ｘｅ ｓｂｌ ｙ ｏ ｉ
面向对象有限元并行计算框架PANDA
面向对象有限元并行计算框架PANDA史光梅;何颖波;吴瑞安;莫军;李阳春;张亚林【期刊名称】《计算机辅助工程》【年(卷),期】2010(19)4【摘要】为提高我国工程数值模拟软件的开发能力,面向武器工程大规模并行计算需求,基于层次化、模块化及面向对象的现代软件设计技术,分析探讨有限元并行计算框架的设计方法,形成初步的基础开发框架PANDA 0.1版;详细描述PANDA框架的层次结构设计,并探讨该基础开发框架设计中的底层网格数据结构设计、有限元共性管理模块及并行策略等部分关键技术;简要介绍PANDA框架的扩展应用方法.研究表明:采用框架技术进行结构力学有限元程序开发,具有高效、快速和便捷等优点.【总页数】7页(P8-14)【作者】史光梅;何颖波;吴瑞安;莫军;李阳春;张亚林【作者单位】中国工程物理研究院,总体工程研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,总体工程研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,总体工程研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,计算机应用研究所,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,计算机应用研究所,四川,绵阳,621900【正文语种】中文【中图分类】TP311.5;TB115【相关文献】1.基于PANDA框架的并行有限元模态分析程序开发和应用 [J], 李健;郝志明;宁佐贵2.面向对象有限元并行计算框架PANDA的多物理场耦合服务 [J], 孙乐;何颖波;吴瑞安;石正军;李于锋3.面向对象有限元并行计算框架PANDA的并行机制 [J], 李于锋;张亚林4.面向对象有限元并行计算框架PANDA求解器的服务构件化设计与集成 [J], 嵇晓宇;郝志明;莫军;王柯颖5.面向对象有限元并行计算框架PANDA的应用模板 [J], 张亚林;吴锦龙;李于锋;赵晓平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
面向对象有限元并行计算框架PANDA
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｂａ ｅ ｏ ｈ ｍｏ ｅｎ ｏ ｔ ｒ ｅ ｉｎ ｔｃ ｎ ｌ ｇｅ ｓ ｃ ｓ ｉｒ ｒ ｈ ｓｄ ｎ ｔｅ ｄ ｒ ｓ ｆ ｗａｅ ｄ ｓｇ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ｓ ｕ ｈ ａ ｈ ｅ ａｃ ｙ， ｍｏ ｌｒｔａ ｉｎ ａ ｄ ｄｕａ ｉ ｔ ｎ ｚ ｏ
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Ｏｂｅｔ ｒ ｎｅ ｎｔ ｅ ｍｅ ｔ ａ ａｌ ｏ ｕａｉｎ ｊｃ－ ｉ ｔ ｆ ｉ ｌ ｎ ｒ ｌ ｌ ｍｐ ｔｔ ｏ ｅ ｄｉ ｅ ｅ ｐ ｅｃ ｏ
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构建面向对象的并行有限元计算集群
构建面向对象的并行有限元计算集群
李海江;程耿东
【期刊名称】《计算力学学报》
【年(卷),期】2006(23)3
【摘要】介绍了一种面向对象的方法来组建计算机集群进行并行有限元分析.将构成集群系统的软、硬件组件设计成不同的类层次结构,形成一个完整的集群系统类库,并以系统分析、总体设计、结点通信以及系统效率测试等过程尝试以系统化的方法来分析整个构建过程.实际结果及并行有限元分析算例表明,这样的设计策略,可以非常清晰地从整体上把握系统的实现,大大降低系统构建的复杂性,使所生成的系统具有很好的可扩展性.
【总页数】5页(P333-337)
【作者】李海江;程耿东
【作者单位】大连海事大学,道路与桥梁工程研究所,辽宁,大连,116026;大连理工大学,工程力学系,辽宁,大连,116024
【正文语种】中文
【中图分类】U651:TP311
【相关文献】
1.面向对象的船舶轴系振动有限元计算方法及系统开发 [J], 刘伟;李全超
2.面向对象有限元并行计算框架PANDA的并行机制 [J], 李于锋;张亚林
3.基于SA-AMG的弹塑性有限元计算的并行实现 [J], 张倩;张健飞
4.用面向对象的方法作有限元计算结果的可视化 [J], 袁政强;祝家麟;白绍良;李英民
5.面向对象CFD有限元计算结果可视化技术研究 [J], 刘建龙;汤广发;邓启红;孙剑因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
面向对象有限元并行计算框架PANDA的并行机制
面向对象有限元并行计算框架PANDA的并行机制
李于锋;张亚林
【期刊名称】《计算机辅助工程》
【年(卷),期】2011(20)1
【摘要】为实现面向对象有限元并行计算框架PANDA对高性能计算的支持,分别从并行计算流程、区域分解、分区信息和通信封装等部分设计PANDA框架在并行计算方面的数据结构.在计算流程中建立区域分解和并行求解器的配合协作方式,进而描述进行区域分割的3种网格剖分方法;对分区边界单元和节点信息的组织以及对并行通信操作的封装使复杂的并行通信调用简单、易行.用PANDA框架开发有限元程序时,只需以串行方式编写代码就可得到并行计算服务.对某夹具的算例表明PANDA框架并行计算实现的正确性和可靠性.
【总页数】6页(P24-28,41)
【作者】李于锋;张亚林
【作者单位】中国工程物理研究院计算机应用研究所,四川绵阳,621900;中国工程物理研究院计算机应用研究所,四川绵阳,621900
【正文语种】中文
【中图分类】TP319;O246
【相关文献】
1.基于PANDA框架的并行有限元模态分析程序开发和应用 [J], 李健;郝志明;宁佐贵
2.面向对象有限元并行计算框架PANDA的多物理场耦合服务 [J], 孙乐;何颖波;吴瑞安;石正军;李于锋
3.面向对象有限元并行计算框架PANDA求解器的服务构件化设计与集成 [J], 嵇晓宇;郝志明;莫军;王柯颖
4.面向对象有限元并行计算框架PANDA的应用模板 [J], 张亚林;吴锦龙;李于锋;赵晓平
5.面向对象有限元并行计算框架PANDA [J], 史光梅;何颖波;吴瑞安;莫军;李阳春;张亚林
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有限元的OpenMp并行计算技术
有限元的OpenMp并行计算技术
武亮;孙秦
【期刊名称】《航空计算技术》
【年(卷),期】2013(043)005
【摘要】传统有限元串行计算技术耗时长、效率低,已远远不能满足工程实践需要.通过分析串行计算的耗时分布、程序可并行性及数据相关性,在保持串行程序不变的基础上,采用基于多线程的OpenMP技术实现单元刚度矩阵形成总体刚度矩阵的程序并行化.针对有限元计算机翼实例进行了不同线程数目下并行加速比的研究,结果表明,OpenMP技术可有效提高有限元计算效率,且存在一个最佳的线程数,使得并行加速比达到最大,此外加速比还与问题的计算量等因素有关.
【总页数】5页(P56-60)
【作者】武亮;孙秦
【作者单位】西北工业大学航空学院,陕西西安710072;西北工业大学航空学院,陕西西安710072
【正文语种】中文
【中图分类】O242.21
【相关文献】
1.基于MPI和OpenMP可控源电磁法三维有限元正演并行模拟 [J], 王胜昌;汤井田;肖晓;张林成;任政勇;周聪;皇祥宇
2.桥梁结构有限元OpenMP并行计算研究 [J], 杜亚光
3.有限元单元计算子程序的OpenMP并行化 [J], 宋刚;蒋孟奇;张云泉;李玉成
4.OpenMP多核计算技术在SAR图像处理中的应用 [J], 程栋;王卫红
5.CPU-OpenMP和GPU-CUDA并行计算技术对矩阵乘法运算的加速效果分析[J], 张岩
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并行计算的原理与应用
并行计算的原理与应用并行计算是一种利用多个计算资源同时执行任务的技术，它在计算机科学领域扮演着重要的角色。
本文将介绍并行计算的原理以及其在各个领域的应用。
一、并行计算的原理1. 并行计算的基本概念：并行计算是将一个任务分解为多个子任务，并且同时利用多个计算资源来执行这些子任务。
这些子任务可以独立地运行，也可以相互协作。
2. 并行计算的模型：并行计算有多种模型，包括数据并行模型、任务并行模型和流水线并行模型等。
其中，数据并行模型是最常见的一种，它将数据分成多个部分，同时在多个处理器上处理这些数据。
3. 并行计算的通信方式：在并行计算中，多个任务之间需要进行通信和数据交换。
常见的通信方式包括共享内存通信、消息传递通信和分布式内存通信等。
4. 并行计算的同步机制：为了保证多个任务之间的执行顺序和协作，需要使用同步机制。
常见的同步机制包括互斥锁、条件变量和信号量等。
二、并行计算的应用1. 科学计算：并行计算被广泛应用于科学计算领域，如天气预测、气候模拟、流体力学模拟等。
通过并行计算，科学家们可以更快地获得准确的模拟结果，加快科学研究的进程。
2. 图像处理：图像处理涉及大量的数据处理和计算操作，通过并行计算可以提高图像处理的速度和效率。
例如，图像识别、图像压缩和图像增强等应用都可以借助并行计算来加快处理速度。
3. 数据挖掘：数据挖掘是从大规模数据集中发现潜在模式和知识的过程。
并行计算可以提供强大的计算能力，加快数据挖掘算法的执行速度，从而更快地发现有价值的信息。
4. 人工智能：并行计算在人工智能领域具有广泛的应用，如机器学习、深度学习和自然语言处理等。
通过并行计算，可以提供更快的模型训练和推理速度，加速人工智能算法的发展与应用。
5. 大数据分析：随着大数据时代的到来，大数据分析对计算能力提出了巨大的挑战。
并行计算可以将大数据分成多个小块进行处理，从而提高数据分析的速度和效率。
三、总结并行计算通过同时利用多个计算资源来执行任务，具有快速、高效的特点。
面向对象并行计算编程技术研究
面向对象并行计算编程技术研究随着计算机技术的不断发展，对于高性能计算的需求也越来越高。
在这个背景下，面向对象并行计算编程技术应运而生。
它是一种以面向对象的方式组织计算，实现并行化计算的编程技术。
一、面向对象编程简介在介绍面向对象并行计算编程技术之前，我们先来了解一下面向对象编程的基础知识。
面向对象编程(Object Oriented Programming，简称OOP)是一种编程思想，它以“对象”为中心，将程序中的数据和操作数据的代码封装起来，形成一些独立的对象，并且对象之间可以互相通信和交互。
面向对象编程可以增强编程的模块化、灵活性和可复用性。
面向对象编程的核心概念有类(class)、对象(object)、继承(inheritance)、多态(polymorphism)等。
二、并行计算编程技术简介并行计算是指将一段程序分成若干个独立的、不能再分的小的程序段，同时在不同的计算机或计算单元上分别运行，从而提高计算效率的一种技术。
并行计算具有并行性强、速度快等特点。
常用的并行计算编程技术主要有多线程编程、分布式编程、GPU编程等。
三、面向对象并行计算编程技术的特点面向对象并行计算编程技术主要是将面向对象编程和并行计算两种技术相结合，从而实现更高效更灵活的计算。
相比于其他并行计算编程技术，面向对象并行计算编程技术具有以下几个特点：1.面向对象的编程方式可以方便我们组织程序代码，增强程序的可读性和易维护性。
2.通过面向对象的接口方式，可以方便地在多个计算单元之间传递数据和通信。
3.对于程序中的某些计算操作，可以采用并行化的方式进行计算，从而提高效率。
4.通过继承和多态等特性，可以方便地扩展程序的功能和实现算法的解耦。
四、面向对象并行计算编程技术的应用面向对象并行计算编程技术在科学计算、数据处理、大规模系统集成等领域有着广泛的应用。
例如，在高能物理等领域，面向对象并行计算编程技术可以用于处理庞大的数据集和进行复杂的数值计算和模拟。
有限元分析软件并行化移植和开发方法的研究
有限元分析软件并行化移植和开发方法的研究
李渊印;金先龙;李丽君;曹源
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2005(009)004
【摘要】有限元分析软件在船舶、汽车、航天、机械等领域具有广泛的应用;但商业性有限元软件还无法在国产超级计算机上安装.本文探讨了超级计算机和有限元软件相结合的几种方案;提出了基于系统集成思想的软件并行开发框架;在分析有限元分析并行计算重点的基础上,给出了该框架实现的原理和机制,以及相关的关键技术,从而为超级计算机应用软件的开发探索了一条新的途径.最后实现了一个实例系统,对基于系统集成思想的软件并行开发框架进行了实现和验证.
【总页数】8页(P69-76)
【作者】李渊印;金先龙;李丽君;曹源
【作者单位】上海交通大学高性能计算中心,上海,200030;上海交通大学高性能计算中心,上海,200030;上海交通大学高性能计算中心,上海,200030;上海交通大学高性能计算中心,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】TP311.11;TB115
【相关文献】
1.基于仿真模型可移植性的海战仿真系统开发方法研究 [J], 李启军
bVIEW开发环境对C代码的移植方法研究 [J], 孙亚飞;梁斌
3.有限元分析软件中模型检查方法的研究 [J], 梁岩;王春洁
4.虚拟企业并行化产品开发模式研究 [J], 彭继忠;黄利平;冯升华;李建明;童秉枢
5.研究开发出监测器官移植排斥反应的新方法 [J], 温玉琴(编译);
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面向对象的并行算法设计
面向对象的并行算法设计
陈坚
【期刊名称】《工程与试验》
【年(卷),期】2007(047)002
【摘要】并行算法设计是实现并行计算的第一步.并行算法设计过程中需要解决任务划分(Partitioning)、通信分析(Communication)、任务组合(Agglomeration)和处理器映射(Mapping)四方面的工作,相应产生的设计方法学就是PCAM.但是在应用PCAM方法设计并行算法时会遇到如何调节数据与算法之间的矛盾的问题.针对这一问题本文提出面向对象的并行算法设计的方法,即OOPCAM方法.在PCAM 方法的基础上结合面向对象思想解决原有方法存在的问题.
【总页数】3页(P49-51)
【作者】陈坚
【作者单位】长春税务学院网络实验中心,吉林,长春,130117
【正文语种】中文
【中图分类】TB47
【相关文献】
1.阶段并行模型上的并行算法设计 [J], 尚明生;刘宴兵;孙世新
2.面向对象有限元并行计算框架PANDA的并行机制 [J], 李于锋;张亚林
3.FT64并行系统上的EP和GEMM并行算法设计与实现 [J], 晏小波;唐滔;杨学军
4.基于国产YH系列并行机的并行算法设计分析与实现 [J], 丘威;黄建妮
5.面向对象的并行算法设计 [J], 李印
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程、 区域 分解 、 区信 息和通信 封装 等部 分 设计 Ｐ Ｎ Ａ 框 架在 并 行计 算 方 面 的数 据 结 构． 计 算 分 Ａ Ｄ 在
流程 中建立 区域 分解 和并行 求解 器的配合协 作 方式 ， 而描述 进行 区域分割 的 ３种 网格剖 分方 法 ； 进 对分 区边界单 元和节 点信 息的组 织以及对 并行通信 操作 的封装 使复 杂的 并行 通信 调 用简单 、 易行 ．
集 成 Ａ ｔｃ Ｓ Ｏ Ｌ Ｓ Ｓ ｐ ｒＵ， Ｙ Ｒ ， Ｅ Ｓ ， ｚ ， Ｐ Ｏ Ｅ ， ｕ ｅＬ Ｈ Ｐ Ｅ ｅ Ｐ Ｔ ｃ
并行 程序 ， 能显 著 控制 数据 分 配和通 信 ， 这种 控 制 又
促 进 在大 规模 分 布存 储 并 行 机 上 的 高性 能 编程 ． 。 。
针 对 目 前 高 性 能 集 群 的 广 泛 应 用 ， 用 ＭＰ 采 Ｉ
（ ｓ ｇ ａｓ ｇＩｔｒ ｃ ） 分 布存 储 方 式 实 现 有 Ｍｅｓ ｅＰ ｓｉ ｅｆ ｅ 以 ａ ｎ ｎ ａ 限元 并行 是正 确 的选择 ． 面 向对象 技术 对并 行 编 程 过 程有 重 要 影 响 （ 如 对数 据 和 函数 的 封装 、 承和 多 态 性 ） 许 多 基 于类 继 ， 等 的编程 思想 都来 源 于 串行 编 程 领 域 ， 也 开 始 在 但
ｐ ｎｓ ｓ ｃ ａ ｃ ｍｐ ｔ ｔ ｎ ｆ ｗ ， ｄ ｍａ ｎ ｄ ｃ ｍｐｏ ｉｉｎ， ｐａ ｔ ｎ ｉ ｆｒ ａｉ ｎ， ｃ ｍｍｕｎｃ ｔｏ ａ ｕｈ ｓ ｏ ｕ ａｉ ｌ ｏ ｏ ｏ ｉ ｅ ｏ ｓｔ ｏ ￣ｉｉ ｎ ｏ ｏ ｍ ｔｏ ｏ ｉａｉ ｎ
ｅ ｃ ｐ ｕａ ｉｎ ａ Ｏ ｏ ．Ｔｈ ｏｌ ｂ ｒ ｔｖ ｐｐ ｏ ｃ ｅｗｅ ｎ ｄ ｍａｎ ｄ ｃ ｍｐ ｓｔｏ ｎ ｒ ｌｌｓ ｌ ｅ ｓ ｎ ａ ｓ ｌ ｔ ｎｄ Ｓ ｎ ｏ ｅ ｃ ｌａ ｏａ ｉｅ ａ ｒ ａ ｈ ｂ ｔ ｅ ｏ ｉ ｅ ｏ ｏ ｉｉｎ ａ ｄ ｐａａ ｅ ｏｖ ｒｉ ｌ ｅ ｔｂｌ ｈ ｄ ｉ ｏ ｕ ａ ｉｎ ｆｏ ｓａ ｉ ｅ ｎ ｃ ｍｐ ｔ ｔ ｗ．ａ ｄ ｔ ｅ ｈ ｅ ｓ ｉ ｇ ｍｅ ｈ ｄｓａ ｅ ｄ ｓ ｒｂ ｄ ｆ ｒｄｏ ｉ ａ ｔ ｉ ｎ ｓ ｏ ｌ ｎ ｈ ｎ ｔ ｒ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｔ ｏ ｒ ｅ ｃ ｉｅ ０ ｍａ ｎ ｐ ｒｉ ｏ ．Ｄｕ ｔ ｅ
面 向对 象 有 限元 并 行 计 算 框 架 Ｐ Ｎ Ａ 的并 行 机 制 Ａ Ｄ
李 于锋 ， 张 亚林
（ 国工 程物 理 研 究 院 计 算 机 应 用研 究所 ， 川 绵 阳 中 四 ６ １０ ） ２ ９０
摘
要 ：为 实现 面 向对 象有 限元 并行 计 算框 架 Ｐ Ｎ Ａ对 高性 能计 算 的支持 ， ＡＤ 分别从 并行 计算 流
应用于工程领域的各个方 面． 大量高性能计算机 的 出现 ， 别是集 群 系统 的广 泛应用 ， 特 使大 规模复 杂数 值模 拟得 以实 现 ， 必 须采 用 并 行技 术 进行 程 序 开 但
作 者 简介 ：李 于锋 （９ ２ ）， ， 南光 山人 ， 士 ， 究 方 向为科 学与 工程 计 算 和 并行 算 法 ， Ｅｍａ ）ｉ ｆｎｈ ｈｔ ｉ ｃｒ １８ 一 男 河 硕 研 （ － ｉ ｌｕｅ ｇ＠ ｏ ｌ ｏ ｌ ｙ ｍａ ． ｎ
用 Ｐ Ｎ Ａ框 架 开发有 限元程 序 时 ， 需 以 串行 方式编 写代 码就 可得 到并行 计 算服务 ． 某 夹具 的 Ａ Ｄ 只 对 算例表 明 Ｐ Ｎ Ａ框 架 并行 计算 实现的 正确性和 可 靠性 ． Ａ Ｄ
关键 词 ：并行计 算框 架 ； Ａ Ｄ Ｐ Ｎ Ａ；有限元 ； 软件 开发 ；并行 机制
Ｐ ＡＮＤ ｓ ｃ ｒ ｃ ｎ ｅｉｂ ｅ Ａ ｉ ｏ ｒ ｔａ ｄ ｒ ｌ ｌ ． ｅ ａ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ：ｐ ｒ ｌ ｌｃ ｍｐ ｔｔ ｎ ｒ ｍｅ ｒ ｄ ａ ａ ｅ ｏ ｕ ａｉ ｆａ ｗｏ ｋ；ＰＡＮＤＡ；ｆｎ ｔ ｌ ｍｅ ｔ ｓｆｗａ ｅ ｅ ｅｏ ｍｅ ；ｐ ｒ ｌ ｌ ｌ ｏ ｉ ｉｅ ｅｅ ｎ ； ｏ ｔ ｒ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎｔ ａ ａ ｅ ｌ
￣ａ ｗｏ ｋ ＰＡＮＤＡ ，ｔ ａａ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｗｈｉｈ ａ ｅ ｒ ｌｔｖ ｏ ｐ ｒ ｌ ｌｃ ｍｐ ｔｔｏ ｒ ｄ ｓｇ ｅ ｉ ｈ ｍｅ ｒ ｈｅ ｄ ｔ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｃ ｅａｉｅ ｔ ａ ａｌ ｏ ｕ ａｉｎ ａ ｅ ｅ ｉｎ ｄ ｎ ｔ ｅ ｒ ｅ
Ｔｉｎ ｓ Ｐ Ｇ（ 中国科学 院科 学与 工程 计算 国家 ｒｉｏ 和 Ｈ 由 ｌ
重点 实验 室 开发 ） 等著 名求解 器 库．
３ 框 架的 并 行 计 算 流 程
框架 并行 设计 的关 键是 数 据变量 的分 布式存 储 和场 数据 时 间更新 算 法 的并 行 化 ． 架 默认 对所 有 框 的场 变量 基 于网格 区域 分 解 进 行并 行通 信 ． 框架 并
ｓｒｔ ｇ ｔａ ｅ ｙ
０ 引 言
有 限元 法 是 当今 主 流 的数值 计 算方 法 ， 被广 泛
收稿 日期 ： ００ ０ ・７ 修 回 日期 ： ０ ０ １．８ ２ １ －８ １ ２ １．０２
基 金项 目 ：中 国工程 物 理 研 究 院 ２０ ０ ７预 先研 究重 大 项 目（ Ｄ Ｍ－３ ＺＸ ０）
第２ Ｏ卷 第 １期
２１ ０ １年 ３月
计 算 机 辅 助 工 程
Ｃｏ ｕ ｅ ｄ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｍｐ ｔｒ Ａｉ ｅ ｇｎｅ ｒｎ
Ｖ０． ０ Ｎｏ １ １２ ．
Ｍ ａ ．２Ｏ ｔ １１
文章编号 ：０ ６—０７ （０ １ｏ －０ ４０ １０ ８ １ ２ １ ） ｌ０ ２ —５
ＬＩＹｕ ｅ ｇ，ＺＨＡＮＧ ｌ ｆｎ Ｙａｉ ｎ
（ｎｔｕｅｏ ｏ ｐｔ ｐ ｌ ａｏ ， ｈｎ ｃｄｍ ｆ ｎｉｅｒ ｇＰ ｙｉｓ Ｍｉ ｙｎ ２９ ０ Ｓｅｕｎ Ｃ ｉ ） Ｉｓｔｔ ｆ ｍ ｕｅ Ａ ｐ ｃｔｎ Ｃ ｉ Ａ ａｅ ｙｏ ｇ ｅｉ ｈｓ ， ａ ａｇ １０ ， ｉ ａ ， ｈｎ ｉ Ｃ ｒ ｉ ｉ ａ Ｅ ｎ ｎ ｃ ｎ ６ ｈ ａ
元法 ， 不仅提 供单 元公 式 和本 构 模 型 的添 加 接 口， 也 提供各种 复杂边界条 件 的实现方法 ． 基 于消息传 递 在分 布存 储模 型 的并 行机 上 开 发
部进行 时 间积 分更 新 ． 有 的有 限元 相关 计 算 都 是 所
分布 式并 行 的 ， 大 规模 方 程 求 解 的主要 并 行 任 务 而 交 由线性 求解 器库 负责 ． 目前 ， 已在 Ｐ Ｎ Ａ框 架 中 ＡＤ
ｈｔ ：／ｗｗｗ． ￣ ｎａ ａ ．ｃ ｔ ／ ｐ ｃ ｃｅ ｎ
第 １期
李 Ｎ Ａ 的并行机 制 等 面 ＡＤ 在节 点信 息上 ．
２ ５
发． 限元并 行计算框 架开发 的 目的是 使 在复杂 网格 有 上进 行 的大 型数 值 模 拟 程 序 开发 变 得 更 加快 捷 、 高 效． 近年来 ， 向对象 有 限 元技 术 ¨ 发展 迅 速 ， ： 面 而 开 发框架却 为数不多 ， 功能模块 有较强 耦合 ． 且 为此 ， 中国工 程物理研 究 院 总体 工程 研究 所 和计 算 机 应用 研 究所联 合 开发 有 限元 并 行 计算 框 架 Ｐ Ｎ Ａ ． Ａ Ｄ 框
ｔ ｔ ｅ ｇ ｏ ｏ ｇ ｎ ｚ ｔｏ ｏ ｂ ｕ ｄ ｒ ｅｅ ｎ ｓ ａ ｄ ｎｏ ｅ ｉｆ ｒ ｔｏ ｏ ｐ ￣ｉ ｏ ｗｉ ｐ ｒ ｌ ｌ ｏ ｈ ｏ ｄ ｒａ ｉａｉｎ ｆ ｏ ｎ ａ ｙ ｌ ｍｅ ｔ ｎ ｄ ｎ ｏ ｍａ ｉｎ ｆ ａ ｔ ｎ ｉ ｔ ｈ ａ ａ ｅ ｌ
Ａｂｔａ ｔ Ｔ ｐ ｏ ｉｈｐｒ ｒ ａｃ ｏ ｐ ｔ ｉｎｉ ｏｊｃ ｏ ｅｔ ｎｔ ｅ ｍ ｎ ａａ ｅ ｃｍ ｕ ｔ ｎ ｓ ｃ ： ｏｓ ｐ ￣ｈｇ ｅｆ ｍ ｎ ｅｃｍ ｕａ ｏ ｂｅｔ ｒ ｎｅ ｆ ｉ ｌ ｅｔ ｒｌ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ ｒ ｕ ｏ ｔ ｎ —ｉ ｄｉ ｅ ｅ ｐ ｌ ａｏ
架 中各组件 松散耦合 ， 可适应 各种线性 和 非线性 有 限
２ 并 行 的 实现 策 略
Ｐ Ｎ Ａ框 架基 于 Ｍ Ｉ 现 并 行 ， 体 策 略 为 ： Ａ Ｄ Ｐ实 具 首先 ， 于几何 网格 的区域 分解 ， 基 将子 域 映射到 各进 程； 后， 然 每个 进程 在其 子域 上计算 单 元矩 阵和 单元 右端 项并 提供 组装 接 口， 助 并 行 线 性代 数 求 解 器 借 实现 大规 模矩 阵 的分 布 式 存储 、 装 接 口以及 方 程 组 求解 ， 解后 ， 求 交换 场数 据边 界信 息 ； 最后 ， 进程 在局
行计 算流 程见 图 １ ．
并行 编程 中使 用 ， 其 是恰 当 的抽 象 可 隐藏 那 些 使 尤 编程 复杂 的并 行 性． 以面 向对 象技 术 为 基 础 设 计
的 Ｐ Ｎ Ａ框架 正体 现该 优点 ． ＡＤ
１ 框 架 的 数 据 结 构
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框架 的主 要数 据结 构 有 网格 、 场变 量 、 元 组和 单
中图分类号 ： Ｐ １ ； ２ ６ Ｔ ３ ９ ０ ４ 文献标 志码 ： Ａ
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