板材轧制快速有限元在线计算测试分析
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情况见表 ３ 。 由表 ３ 叮 － ｍ － ａ ｎ ｈ ｗ ｒ ｅ 知， ｋ ｐ ｌｕ ｃ － ｏ ｋ ｒ和 一ｍ ｃ ｆ ｒ — ｋｐ—ｏｋ
ｃ ｌ 均隶属 于 Ｌ ｇ ｉｅ ０ ｄ ａ ｌ ｉｕｄ４ ．ｌ ｌ模块 ，该模 块是 在并行 程 序启动 后被 调用 的 ，是并行程 序开 发 、运 行 时必不 可少 的模块 之一 。两者 分别在 启动 并行功 能和调用 函
数 时起到作用 。ｋｐ ｌｕ ｃ－ｏｋ ｒ函数被调用 １次 ， ｍ－ａｎ ｈｗ ｒ ｅ 总共 耗 时 １ １ ３ ｓ ９８ ７ ３６ｍ ，其 中 自我 执 行 ５０７ ８４ ５ １
ｍ ，调用其 他 函数耗 时 １ ５ ２ ｓ ｓ ４ ７９ ５ ２ ｍ ，这说 明该 函 数 耗 时 的 原 因在 于 调 用 其 他 函 数 的 过程 上 。 Ｎ Ｗ ｉＦ ｒ ｉｇ ｅ ｂ ｅ ｔ是 ３ ｔ ａ ｔ ｏ Ｓ ｎ ｌＯ ｊ ｃ ２位 处 理 器 中 受 Ｉｔ ｌ ｎ ｅ
耗 时间的子程序是Ｈ Ｓ ｉ ｉ 阵以及计算塑性变形功率和摩擦变形功率 的子程序。Ｃ Ｕ ｅ Ｓ Ｏｌ 矩 Ｐ 核数的增加有助 于减 少程序运行 的计算 时间。计算过程 中最耗时间的函数均是 系统 自带的无法进行更 改，应尽可能地减少调用 它 们 的次数 以降低 时间损耗。
关键词 ： 板材 轧制 ；快速有 限元 ；在线计算；性能测试
发生事件数
‘ ３ ０ ０ ０ ７ ５２ ０ ０ ０ ０ ４ ７ ０ ０ ９９６００００
取样次数
ｌ ５ ８７ ｌ ２ ８ ４９８
取样总次数
１ ５ ９２３ ２ ０ ５２９
所 占比例 （） ％
９．９ ７ ３ ９．２ ９ １
平均时钟周期
０７ ．５
２ Ｆ Ｅ性 能测试 分析 Ｆ ２ １ 取样分析 ．
取样 分为基 于 时间取样 和基 于事件 取 样两种 ，其 原理 都是通 过使 用 Ｃ Ｕ内部 的监视 功 能来检 测系 统底 Ｐ
对 实现 高精度 带钢 轧制具 有重 要 的理论意义 并具 有实
际应用 价值 。针对 这种情 况 ，东北 大学 、燕 山大 学与
１ 板材轧 制过程 刚塑性有 限元快速 算法 实现 板材 轧制过 程刚 塑性 有 限元求 解快 速算 法涉及 到
泰 国家 自然科 学 基 金 资 助 项 目 （０ ３ ０ ０ ５５４ ２ ）
收稿 日期 ：２ １ － ４ ０ ；修 回 日期 ：２ １－ ４ １ ０ １０ — ２ ０ １０ — ０
中图分类号 ： Ｇ ３ ． Ｔ ３ ５５ 文献标识码 ： Ａ
０ 引言
快速 有 限元 方法 （Ｆ ） Ｆ Ｅ 具有 求解 精 度 高 、速度 快
模 型简化 和关 键 问题 处理 、初 始速度 场 设定 、一维 线 性搜 索 、并行 处 理和 软硬 件平 台优 化 等 ［。将这 些算 ６ ］
ＣＵ Ｐ ，计 算机 操作 系 统无 法将 正 在等 待 的线程 任 务 分 配 到另一个 闲置 的 ＣＵ中，因而 调用过 多 的线 程只会 Ｐ 消耗 时 间 ， 占用 系统 资源 ，对程 序 的运行 反 而不 利 。 因此 ，在多核计 算机 上计算 时 ，程 序设 置 的 ＣＵ数量 Ｐ 不能大于机 器 自身 的核数 。
法进 行优 化组 合得到 的 刚塑性有 限元 快速 算法 流程 图 见 图 １ 。
的优 点 ，实现 Ｆ Ｅ 方法 在 线 应 用 是一 项 颇 具 良好 发 Ｆ 展 前景 和挑 战 性 的研 究课 题 ］ 。近 年 来 ，Ｆ Ｅ 在 轧 Ｆ 制工程领 域得到 了广泛应 用 ［ ］ Ｆ ３ ，Ｆ Ｅ方法 的在线 应用 “
层 的各种性 能事件 ，在 一 定数量 的事件 发 生之后 中断 处理 器 ，同时将运 行信 息记 录到 一个缓 冲 区 ，当缓冲 区记 录 已满 时 ，将 信 息复制 到文件 中，保存 好这 些信 息后 程 序 再 重 新 开 始 运 算 。Ｆ Ｅ进 程 取 样 如 表 １所 Ｆ
刁 ｏ
２ ２ 调 用曲线 图分析 ．
调用 曲线 图是通过 分析程 序运行 时 函数 的入 口点 和 出 口点 ，确 定 调 用顺 序 和 关 键 路 径 ，显 示 线 程 创 建 、函数执 行 以及它 们之 间的父 子继 承关系 ，帮助 开
发者快速识别其主要功能和调用顺序 。ＦＥ Ｆ 有限元程 序 为多线程工 作 ，在 各个线 程 中最 耗 时间 的函数调用
行 数 共发 生 ４ ７ ０ ０ ９ ９ ６ ０ ０ ０ ０个事 件 ，被 取 样 ２ ＂ ４ ９８ ８
对板材 轧制快速 有 限元在 线计算进 行 了性能 测试 与分
析。
次 ， 占整 个系 统 机 器 周 期 的 ９ ． ２ ，而 平 均 时钟 周 ９ １％
期 （Ｐ ） 占 了 ０ ７ 。前 两 者说 明在 该 时刻 ，计算 机 Ｃ Ｉ只 ．５ 运 行 的所 有进 程 中，有 限元程序 的进 程 占用 了系统 的 绝 大部 分 内存 资源 ，而 Ｃ Ｉ Ｐ 指数 则说 明 了程 序 当 时调
但 有 一 个 线 程 （ｈ ｅ ｄ ） 未 理 想 地 投 入 运 行 ， 而 Ｔｒａ １ 并
Ｔｒ ａ２非停 机状 态下 的机 器 周期和 指令 有效 执行 数 ｈ ｅｄ
在 Ｆ Ｅ进程 的线程 取样 中分别 占到 了 ９ ． ９ 和 ｌ０ 。 Ｆ ９ ９ ％ ０ ％ 分析 原 因是 由于在 该次测试程 序 过程 中只设置 了一 个
刘 莹。等 ：板材轧制 快速有 限元在 线计算测试 分析
・９ ・
２ ３ 计数 器监控 器分析 ．
无法 得到 完全 的发 挥 。为提 高程序 的 ＣＵ使 用率 ，可 Ｐ 以考 虑在 多核计 算 机执行 多 线程来 解决 该 问题 。从 图 ２ｂ 可 以看 到 ，采用 双核 多线程 使程 序 的 ＣＵ的使用 （） Ｐ
模块
Ｌ ｂ ｕ ｄ ４ ． ｌ ｉｇｉｅ０ｄｌ Ｌ ｂ ｕ ｄ ４ ． ｌ ｉｇｉｅ０ｄｌ
函数
— ｍ — ａｎ ｈ ｗ ｒ ｅ ｋ ｐ ｌ ｕｃ － ｏ ｋ ｒ — ｍｐ — ｏ ｋ — ａｌ ’ ｃ ｒ — ｋ ｆ ｃ ｌ
自我执行 时间（Ｓ ｍ）
５ ０ ７ ８１ ５ ４ １ ０ ７ ５ ５ ６ ６
板材 轧制 快速 有 限元在 线计 算测试分 析米
刘 莹 ， 王 炳 德
（ 北 大 学 机 械 工 程 与 自动 化 学 院 ， 辽 宁 沈 阳 １０ ０ ） 东 １ ０ ４
摘要 ： 采用Ｉ ｔ １ Ｖ ｕ ｅＡ ａｌ ｚ ｒ 对板 材轧制快速 有 限元在 线计算进行性 能测试 与分析 ，研 究 了影响 ｎ ｅ Ｔ ｎ ｎ ｙ ｅ ｓ 程序计算速度 的关键 因素 ，以期对实际生产 监控提供指 导。测试分 析结果表 明：程序 的并行化程度较好 ，最
第４ （ 期 总第 １７期 ） ６ ２ １ 年 ８月 ０１
机 械 工 程 与
自 动 化
Ｎｏ． ４
Ｍ ＥＣＨ Ａ Ｎ Ｉ ＣＡ Ｌ ＥＮ Ｇ Ｉ Ｅ ＥＲ Ｉ Ｇ ＆ Ａ Ｕ ＴＯ Ｍ Ａ ＴＩ Ｎ Ｎ Ｎ Ｏ
Ａｕ ｇ．
文章 编 号 ：６ ２ ６ １ ２ １ ）０ — ０７ ０ １ ７ — ４ ３（ ０ １ ４ ０ ０ — ４
用 。本文 采用 Ｉ ｔ ｌ Ｖ ｕ ｅ Ａ ａ ｙ ｅ ｓ 性 能分 析器 ） ｎ ｅ Ｔ ｎ ｎ ｌｚ ｒ （
从表 ｌ 中可 以看 出 ，每个 程序 的启 动都会 触 发一 个 进程 的执 行 。从板材 轧制快 速有 限元 在线 计算程 序 的进程 被启 动到 结束 ，非停机 状态 下花 费 的机 器 周期 前 后 共发 生 ３ ０ ０ ０ 事件 ，被 取 样 １ ５ ７ ５ ２ ０ ０ ０ ０个 ８７１ 次 ， 占整 个系 统 机 器 周 期 的 ９ ． ９ ；指 令 的有 效 执 ７３％
系 统 内核 函数 。
多线程 的作用 是 同时使 用多个 线程工 作 以完成 多 个 任 务 ，提 高 系统 的工 作 效 率 。表 ２为 Ｆ Ｅ线 程 取 Ｆ
样 。从表 ２可 看 出 ，虽然 ＦＥ进 程 启动 了两 个线 程 ， Ｆ
表 １ Ｆ Ｅ 程取 样 Ｆ进
测试事件
非 停 机 状 态 下机 器 周 期 指令的有效执行数
Ｖ ｕｅ性能 分析 器 支持 的同 步 函数 ，属 于 Ｎ ＤＬｄ ｌ Ｔｎ ＴＬ． ｌ
图 １ 板材轧制过程刚塑性有限元快速算法流程 图
模块 ，该模 块是 Ｎ （ｅ ｅｈ ｏｏｙ操 作系统 的重要 Ｔ Ｎｗ Ｔｃ ｎｌｇ ） 模 块 ，是 系统的 Ｄ ＬＤｎｍ ｃＬｎａ ｌ ｉｒｒ ，动 Ｌ （ｙａ ｉ ｉｋ ｂｅＬｂａｙ 态 链接库） 文件 ，许 多 ＣＴ模 拟接 口） Ｒ（ 的基 本 函数 均属 于该模块 ，用户模 式 的代 码必 须通过 该模块 才能调 用
率得 到 了很大 的提 高 ，但 在 ０ ｍ ￣２ ０ ｓ范 围 内信 ｓ ０ ０ｍ 息仍有 阻塞 现象 存在 ，原因在 于程序 刚被 执行 时 ，有 大量 的动态 链接 库及 有关 系统程 序被 调用 ，与 其 它进
计 数 器 监 控器 分 析 结 果 如 图 ２所 示 。 从 图 ２ ａ （） 中可 以看 到 ，程 序运 行 时进 程 资 源 的利 用 并 不 理 想 ， Ｃ Ｕ的使 用 率 只有 ４ ％ 右 ，属 于一 个 偏 低 的值 。这 Ｐ ９左 是 因 为有 限元 程 序 只 调 用 了一 个 线 程 来 执 行 程 序 代 码 ，当程 序进 程 以 同步 的方 式去 完成 多 个任 务时 ，进 程 会根 据 Ｃ Ｕ分配 的 时间片 段逐 个执 行任 务 ，这样 就 Ｐ
得到广 泛使用 ，机器 的峰 值性 能不 断提高 。但是 实际 上应用程 序获 得 的持续性 并未 随机器 峰值性 能 的提 高 而 同比例提 高，两者 差距 目益扩 大 。程 序性 能优 化是 解决该 问题 的有效途 径之 一 ，而 性 能测试是 理解程 序 行 为的基础 ，对 识别 程序 性 能瓶 颈 、 了解软 ／硬件 资 源利用情 况和程 序对 机器 性能 的发挥程 度具 有重要 作
总时间 （ｓ ｍ）
１ ７ ３ ６ ９ ８ｌ ３ １ ３ ５ ４３３８５
调用次数
１ ｌ
Ｎ Ｄ Ｌｄ １ Ｔ Ｌ ． ｌ
Ｎ Ｗ ｉＦ ｒ ｉｇ ｅ ｂ ｅ ｔ ｔ ａ ｔ ｏＳ ｎ ｌＯ ｊ ｃ ２ ７ ７ ２７５２５来自２ ７ ７ ２７５２５
１
２ １ 年第 ４期 ０１
所 占比例 （） ％ ０ ０ ．１
９． ９ ９９
平均机器周期 ０ ７ ．８
０ ７ ．５
Ｔｒａ ｌ ｈ ｅ ｄ
Ｔｒａ２ ｈ ｅ ｄ
Ｏ
４ ９ ６ ０ ０ ０ ０ ９ ７ ０ ０
０
２ ８ ４ ９８
Ｏ
１０ ０
０ ７ ．８
Ｏ ７ ．５
表 ３ 各 个 线 程 中 最 耗 时 间的 函数 调 用 情 况
中科 院金属研 究所共 同开发 了板材 轧制过程 中有 限元 高速在线 计算 Ｆ Ｅ算法和 程序 。 Ｆ 要使快速 有 限元程序 在生产 现场 顺利应 用 ，不仅 应考虑 计算机 软硬件 平 台等 的影响 ，还应考 虑程序 性
能 的影响 ［。近 年来 ，各 种 高性 能计算 机 不 断涌现 并
表 ２ Ｆ Ｅ线程 取 样 Ｆ
测试事件 非停机状态下 的机器周期 指令 的有效执行数 Ｔｒ ａ ｌ ｈ ｅ ｄ
Ｔ ｒｅ ｄ ｈ ａ２
发生事件数 ４Ｏ ｏ ０ ０ ｏ ０
３ ５ ２ ０ ０ ７ ０ ０ ０ ０ ０
取样次数 ２
１ ７ ９ ８ ４
取样 总次数 １ ５ ８７ １ ２ ８ ４９８
作者 简 介 ：刘 莹 （９ ５ ） 女 ， 宁 海 城 人 ， 师 ． 科 ， 要研 究 方 向 ： 属 成 型 工 艺 。 １６ 一 ， 辽 讲 本 主 金
・８ ・
机 械 工 程 与 自 动 化
２ １ 年第 ４期 ０１
用浮 点数操 作 、乘 除法 、ｉ ｏ处理 、系 统调 用和 文件 ／ 访 问等消耗 大量 内存的操 作总体 上较少 ，处在 Ｃ Ｉ良 Ｐ 性取值 范围之 内。
ｃ ｌ 均隶属 于 Ｌ ｇ ｉｅ ０ ｄ ａ ｌ ｉｕｄ４ ．ｌ ｌ模块 ，该模 块是 在并行 程 序启动 后被 调用 的 ，是并行程 序开 发 、运 行 时必不 可少 的模块 之一 。两者 分别在 启动 并行功 能和调用 函
数 时起到作用 。ｋｐ ｌｕ ｃ－ｏｋ ｒ函数被调用 １次 ， ｍ－ａｎ ｈｗ ｒ ｅ 总共 耗 时 １ １ ３ ｓ ９８ ７ ３６ｍ ，其 中 自我 执 行 ５０７ ８４ ５ １
ｍ ，调用其 他 函数耗 时 １ ５ ２ ｓ ｓ ４ ７９ ５ ２ ｍ ，这说 明该 函 数 耗 时 的 原 因在 于 调 用 其 他 函 数 的 过程 上 。 Ｎ Ｗ ｉＦ ｒ ｉｇ ｅ ｂ ｅ ｔ是 ３ ｔ ａ ｔ ｏ Ｓ ｎ ｌＯ ｊ ｃ ２位 处 理 器 中 受 Ｉｔ ｌ ｎ ｅ
耗 时间的子程序是Ｈ Ｓ ｉ ｉ 阵以及计算塑性变形功率和摩擦变形功率 的子程序。Ｃ Ｕ ｅ Ｓ Ｏｌ 矩 Ｐ 核数的增加有助 于减 少程序运行 的计算 时间。计算过程 中最耗时间的函数均是 系统 自带的无法进行更 改，应尽可能地减少调用 它 们 的次数 以降低 时间损耗。
关键词 ： 板材 轧制 ；快速有 限元 ；在线计算；性能测试
发生事件数
‘ ３ ０ ０ ０ ７ ５２ ０ ０ ０ ０ ４ ７ ０ ０ ９９６００００
取样次数
ｌ ５ ８７ ｌ ２ ８ ４９８
取样总次数
１ ５ ９２３ ２ ０ ５２９
所 占比例 （） ％
９．９ ７ ３ ９．２ ９ １
平均时钟周期
０７ ．５
２ Ｆ Ｅ性 能测试 分析 Ｆ ２ １ 取样分析 ．
取样 分为基 于 时间取样 和基 于事件 取 样两种 ，其 原理 都是通 过使 用 Ｃ Ｕ内部 的监视 功 能来检 测系 统底 Ｐ
对 实现 高精度 带钢 轧制具 有重 要 的理论意义 并具 有实
际应用 价值 。针对 这种情 况 ，东北 大学 、燕 山大 学与
１ 板材轧 制过程 刚塑性有 限元快速 算法 实现 板材 轧制过 程刚 塑性 有 限元求 解快 速算 法涉及 到
泰 国家 自然科 学 基 金 资 助 项 目 （０ ３ ０ ０ ５５４ ２ ）
收稿 日期 ：２ １ － ４ ０ ；修 回 日期 ：２ １－ ４ １ ０ １０ — ２ ０ １０ — ０
中图分类号 ： Ｇ ３ ． Ｔ ３ ５５ 文献标识码 ： Ａ
０ 引言
快速 有 限元 方法 （Ｆ ） Ｆ Ｅ 具有 求解 精 度 高 、速度 快
模 型简化 和关 键 问题 处理 、初 始速度 场 设定 、一维 线 性搜 索 、并行 处 理和 软硬 件平 台优 化 等 ［。将这 些算 ６ ］
ＣＵ Ｐ ，计 算机 操作 系 统无 法将 正 在等 待 的线程 任 务 分 配 到另一个 闲置 的 ＣＵ中，因而 调用过 多 的线 程只会 Ｐ 消耗 时 间 ， 占用 系统 资源 ，对程 序 的运行 反 而不 利 。 因此 ，在多核计 算机 上计算 时 ，程 序设 置 的 ＣＵ数量 Ｐ 不能大于机 器 自身 的核数 。
法进 行优 化组 合得到 的 刚塑性有 限元 快速 算法 流程 图 见 图 １ 。
的优 点 ，实现 Ｆ Ｅ 方法 在 线 应 用 是一 项 颇 具 良好 发 Ｆ 展 前景 和挑 战 性 的研 究课 题 ］ 。近 年 来 ，Ｆ Ｅ 在 轧 Ｆ 制工程领 域得到 了广泛应 用 ［ ］ Ｆ ３ ，Ｆ Ｅ方法 的在线 应用 “
层 的各种性 能事件 ，在 一 定数量 的事件 发 生之后 中断 处理 器 ，同时将运 行信 息记 录到 一个缓 冲 区 ，当缓冲 区记 录 已满 时 ，将 信 息复制 到文件 中，保存 好这 些信 息后 程 序 再 重 新 开 始 运 算 。Ｆ Ｅ进 程 取 样 如 表 １所 Ｆ
刁 ｏ
２ ２ 调 用曲线 图分析 ．
调用 曲线 图是通过 分析程 序运行 时 函数 的入 口点 和 出 口点 ，确 定 调 用顺 序 和 关 键 路 径 ，显 示 线 程 创 建 、函数执 行 以及它 们之 间的父 子继 承关系 ，帮助 开
发者快速识别其主要功能和调用顺序 。ＦＥ Ｆ 有限元程 序 为多线程工 作 ，在 各个线 程 中最 耗 时间 的函数调用
行 数 共发 生 ４ ７ ０ ０ ９ ９ ６ ０ ０ ０ ０个事 件 ，被 取 样 ２ ＂ ４ ９８ ８
对板材 轧制快速 有 限元在 线计算进 行 了性能 测试 与分
析。
次 ， 占整 个系 统 机 器 周 期 的 ９ ． ２ ，而 平 均 时钟 周 ９ １％
期 （Ｐ ） 占 了 ０ ７ 。前 两 者说 明在 该 时刻 ，计算 机 Ｃ Ｉ只 ．５ 运 行 的所 有进 程 中，有 限元程序 的进 程 占用 了系统 的 绝 大部 分 内存 资源 ，而 Ｃ Ｉ Ｐ 指数 则说 明 了程 序 当 时调
但 有 一 个 线 程 （ｈ ｅ ｄ ） 未 理 想 地 投 入 运 行 ， 而 Ｔｒａ １ 并
Ｔｒ ａ２非停 机状 态下 的机 器 周期和 指令 有效 执行 数 ｈ ｅｄ
在 Ｆ Ｅ进程 的线程 取样 中分别 占到 了 ９ ． ９ 和 ｌ０ 。 Ｆ ９ ９ ％ ０ ％ 分析 原 因是 由于在 该次测试程 序 过程 中只设置 了一 个
刘 莹。等 ：板材轧制 快速有 限元在 线计算测试 分析
・９ ・
２ ３ 计数 器监控 器分析 ．
无法 得到 完全 的发 挥 。为提 高程序 的 ＣＵ使 用率 ，可 Ｐ 以考 虑在 多核计 算 机执行 多 线程来 解决 该 问题 。从 图 ２ｂ 可 以看 到 ，采用 双核 多线程 使程 序 的 ＣＵ的使用 （） Ｐ
模块
Ｌ ｂ ｕ ｄ ４ ． ｌ ｉｇｉｅ０ｄｌ Ｌ ｂ ｕ ｄ ４ ． ｌ ｉｇｉｅ０ｄｌ
函数
— ｍ — ａｎ ｈ ｗ ｒ ｅ ｋ ｐ ｌ ｕｃ － ｏ ｋ ｒ — ｍｐ — ｏ ｋ — ａｌ ’ ｃ ｒ — ｋ ｆ ｃ ｌ
自我执行 时间（Ｓ ｍ）
５ ０ ７ ８１ ５ ４ １ ０ ７ ５ ５ ６ ６
板材 轧制 快速 有 限元在 线计 算测试分 析米
刘 莹 ， 王 炳 德
（ 北 大 学 机 械 工 程 与 自动 化 学 院 ， 辽 宁 沈 阳 １０ ０ ） 东 １ ０ ４
摘要 ： 采用Ｉ ｔ １ Ｖ ｕ ｅＡ ａｌ ｚ ｒ 对板 材轧制快速 有 限元在 线计算进行性 能测试 与分析 ，研 究 了影响 ｎ ｅ Ｔ ｎ ｎ ｙ ｅ ｓ 程序计算速度 的关键 因素 ，以期对实际生产 监控提供指 导。测试分 析结果表 明：程序 的并行化程度较好 ，最
第４ （ 期 总第 １７期 ） ６ ２ １ 年 ８月 ０１
机 械 工 程 与
自 动 化
Ｎｏ． ４
Ｍ ＥＣＨ Ａ Ｎ Ｉ ＣＡ Ｌ ＥＮ Ｇ Ｉ Ｅ ＥＲ Ｉ Ｇ ＆ Ａ Ｕ ＴＯ Ｍ Ａ ＴＩ Ｎ Ｎ Ｎ Ｏ
Ａｕ ｇ．
文章 编 号 ：６ ２ ６ １ ２ １ ）０ — ０７ ０ １ ７ — ４ ３（ ０ １ ４ ０ ０ — ４
用 。本文 采用 Ｉ ｔ ｌ Ｖ ｕ ｅ Ａ ａ ｙ ｅ ｓ 性 能分 析器 ） ｎ ｅ Ｔ ｎ ｎ ｌｚ ｒ （
从表 ｌ 中可 以看 出 ，每个 程序 的启 动都会 触 发一 个 进程 的执 行 。从板材 轧制快 速有 限元 在线 计算程 序 的进程 被启 动到 结束 ，非停机 状态 下花 费 的机 器 周期 前 后 共发 生 ３ ０ ０ ０ 事件 ，被 取 样 １ ５ ７ ５ ２ ０ ０ ０ ０个 ８７１ 次 ， 占整 个系 统 机 器 周 期 的 ９ ． ９ ；指 令 的有 效 执 ７３％
系 统 内核 函数 。
多线程 的作用 是 同时使 用多个 线程工 作 以完成 多 个 任 务 ，提 高 系统 的工 作 效 率 。表 ２为 Ｆ Ｅ线 程 取 Ｆ
样 。从表 ２可 看 出 ，虽然 ＦＥ进 程 启动 了两 个线 程 ， Ｆ
表 １ Ｆ Ｅ 程取 样 Ｆ进
测试事件
非 停 机 状 态 下机 器 周 期 指令的有效执行数
Ｖ ｕｅ性能 分析 器 支持 的同 步 函数 ，属 于 Ｎ ＤＬｄ ｌ Ｔｎ ＴＬ． ｌ
图 １ 板材轧制过程刚塑性有限元快速算法流程 图
模块 ，该模 块是 Ｎ （ｅ ｅｈ ｏｏｙ操 作系统 的重要 Ｔ Ｎｗ Ｔｃ ｎｌｇ ） 模 块 ，是 系统的 Ｄ ＬＤｎｍ ｃＬｎａ ｌ ｉｒｒ ，动 Ｌ （ｙａ ｉ ｉｋ ｂｅＬｂａｙ 态 链接库） 文件 ，许 多 ＣＴ模 拟接 口） Ｒ（ 的基 本 函数 均属 于该模块 ，用户模 式 的代 码必 须通过 该模块 才能调 用
率得 到 了很大 的提 高 ，但 在 ０ ｍ ￣２ ０ ｓ范 围 内信 ｓ ０ ０ｍ 息仍有 阻塞 现象 存在 ，原因在 于程序 刚被 执行 时 ，有 大量 的动态 链接 库及 有关 系统程 序被 调用 ，与 其 它进
计 数 器 监 控器 分 析 结 果 如 图 ２所 示 。 从 图 ２ ａ （） 中可 以看 到 ，程 序运 行 时进 程 资 源 的利 用 并 不 理 想 ， Ｃ Ｕ的使 用 率 只有 ４ ％ 右 ，属 于一 个 偏 低 的值 。这 Ｐ ９左 是 因 为有 限元 程 序 只 调 用 了一 个 线 程 来 执 行 程 序 代 码 ，当程 序进 程 以 同步 的方 式去 完成 多 个任 务时 ，进 程 会根 据 Ｃ Ｕ分配 的 时间片 段逐 个执 行任 务 ，这样 就 Ｐ
得到广 泛使用 ，机器 的峰 值性 能不 断提高 。但是 实际 上应用程 序获 得 的持续性 并未 随机器 峰值性 能 的提 高 而 同比例提 高，两者 差距 目益扩 大 。程 序性 能优 化是 解决该 问题 的有效途 径之 一 ，而 性 能测试是 理解程 序 行 为的基础 ，对 识别 程序 性 能瓶 颈 、 了解软 ／硬件 资 源利用情 况和程 序对 机器 性能 的发挥程 度具 有重要 作
总时间 （ｓ ｍ）
１ ７ ３ ６ ９ ８ｌ ３ １ ３ ５ ４３３８５
调用次数
１ ｌ
Ｎ Ｄ Ｌｄ １ Ｔ Ｌ ． ｌ
Ｎ Ｗ ｉＦ ｒ ｉｇ ｅ ｂ ｅ ｔ ｔ ａ ｔ ｏＳ ｎ ｌＯ ｊ ｃ ２ ７ ７ ２７５２５来自２ ７ ７ ２７５２５
１
２ １ 年第 ４期 ０１
所 占比例 （） ％ ０ ０ ．１
９． ９ ９９
平均机器周期 ０ ７ ．８
０ ７ ．５
Ｔｒａ ｌ ｈ ｅ ｄ
Ｔｒａ２ ｈ ｅ ｄ
Ｏ
４ ９ ６ ０ ０ ０ ０ ９ ７ ０ ０
０
２ ８ ４ ９８
Ｏ
１０ ０
０ ７ ．８
Ｏ ７ ．５
表 ３ 各 个 线 程 中 最 耗 时 间的 函数 调 用 情 况
中科 院金属研 究所共 同开发 了板材 轧制过程 中有 限元 高速在线 计算 Ｆ Ｅ算法和 程序 。 Ｆ 要使快速 有 限元程序 在生产 现场 顺利应 用 ，不仅 应考虑 计算机 软硬件 平 台等 的影响 ，还应考 虑程序 性
能 的影响 ［。近 年来 ，各 种 高性 能计算 机 不 断涌现 并
表 ２ Ｆ Ｅ线程 取 样 Ｆ
测试事件 非停机状态下 的机器周期 指令 的有效执行数 Ｔｒ ａ ｌ ｈ ｅ ｄ
Ｔ ｒｅ ｄ ｈ ａ２
发生事件数 ４Ｏ ｏ ０ ０ ｏ ０
３ ５ ２ ０ ０ ７ ０ ０ ０ ０ ０
取样次数 ２
１ ７ ９ ８ ４
取样 总次数 １ ５ ８７ １ ２ ８ ４９８
作者 简 介 ：刘 莹 （９ ５ ） 女 ， 宁 海 城 人 ， 师 ． 科 ， 要研 究 方 向 ： 属 成 型 工 艺 。 １６ 一 ， 辽 讲 本 主 金
・８ ・
机 械 工 程 与 自 动 化
２ １ 年第 ４期 ０１
用浮 点数操 作 、乘 除法 、ｉ ｏ处理 、系 统调 用和 文件 ／ 访 问等消耗 大量 内存的操 作总体 上较少 ，处在 Ｃ Ｉ良 Ｐ 性取值 范围之 内。