大规模CFD多区结构网格任务负载平衡算法

J4 ›› 2014, Vol. 36 ›› Issue (07): 1213-1220.

• 论文 • 下一篇

大规模CFD多区结构网格任务负载平衡算法

唐波，王勇献

（国防科学技术大学计算机学院，湖南长沙 410073）

收稿日期:2013-08-12 修回日期:2013-11-25 出版日期:2014-07-25 发布日期:2014-07-25

A novel task load balancing algorithm in the
large-scale CFD with multi-zone structured grids

TANG Bo，WANG Yongxian

（College of Computer,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China）

Received:2013-08-12 Revised:2013-11-25 Online:2014-07-25 Published:2014-07-25

摘要/Abstract

摘要：

针对现有负载平衡算法的适应度低、可扩展性差、通信开销度量不准确的缺陷, 提出一种大规模CFD多区结构网格任务负载平衡算法。通过对网格块的分割、网格块之间的组合映射、进程上网格计算量的调整来实现并行CFD任务负载平衡。实验结果表明, 该算法既适应同构平台也适应异构平台, 既适应网格块数多于进程数的情况也适应网格块数少于进程数的情况, 该算法可使得整个计算空间分配到各进程上的计算量负载平衡, 同时使得各进程间的最大通信开销最小。

关键词: 计算流体动力学, 结构网格, 并行计算, 负载平衡, 遗传算法

Abstract:

Aiming at the weakness of low fitness, poor scalability, and inaccurate communication overhead measurement in traditional parallel Computational Fluid Dynamics (CFD) applications, a new algorithm for the task load balancing in the large-scale CFD with multizone structured grids is proposed, which implements balancing the task load in parallel CFD applications by employing a three-phase method containing zone splitting, mapping zones to computation tasks, and adaptive adjustment of intra-task. Experimental results show that the proposed algorithm has better performance than the traditional greedy strategy on both homogeneous and heterogeneous computational platforms. By using the new algorithm, the performance of large-scale parallel CFD applications can be greatly improved.

Key words: computational fluid dynamics structured grid;parallel computation;load balancing;genetic algorithm

唐波，王勇献. 大规模CFD多区结构网格任务负载平衡算法[J]. J4, 2014, 36(07): 1213-1220.

TANG Bo，WANG Yongxian. A novel task load balancing algorithm in the
large-scale CFD with multi-zone structured grids [J]. J4, 2014, 36(07): 1213-1220.

参考文献

［1］Streng M. Load balancing for computational fluid dynamics calculationsp［M］∥High Performance Computing in Fluid Dynamics Netherlands,Netherlands:Springer, 1996.
［2］Ytterstrm A. A tool for partitioning structured multiblock meshes for parallel computational mechanics［J］. International Journal of High Performance Computing Applications, 1997, 11(4):336343.
［3］Saule E, Bas E , Catalyürek I V. Loadbalancing spatially located computations using rectangular partitions［J］. Journal of Parallel and Distributed Computing,2012,70(10):12011214.
［4］Zhang Juan,Lu Linsheng.Automatic partition algorithm based on multiregion and multicode problem［J］. Computer Engineering, 2010, 36(9):7376.(in Chinese)
［5］Zhang Qiuya, Liu Sanyang, Zuo Dahai. CFD parallel computing and load balancing research using multiblock structured grids［J］. Chinese Journal of Engineering Mathematics, 2010, 27(2):219224.(in Chinese)
［6］Li Guibo, Yang Guowei. Study on parallel computation and load balance strategy based on multiblock structured grid［J］. Journal of Astronautics, 2011, 32(6):12241230.(in Chinese)
［7］Goldberg D E, Lingle R.Alleles, Loci, and the travelling salesman problem［C］∥Proc of International Conference on Genetic Algorithms and Their Applications, 1985:154159.
［8］Chen Guoliang, Wang Xufa, Zhuang Zhenquan, et al. Genetic algorithm and its application［M］. Beijing:People’s Posts and Telecommunications Publishing House, 2001.(in Chinese)
附中文参考文献：
［4］张娟, 陆林生.基于多区域多代码问题的自动分块算法［J］.计算机工程, 2010, 36(9):7376.
［5］郑秋亚, 刘三阳, 左大海. 多块结构化网格CFD并行计算和负载平衡研究［J］.工程数学学报, 2010, 27(2):219224.
［6］李桂波, 杨国伟. 基于多块结构网格的并行计算及负载平衡研究［J］. 宇航学报, 2011, 32(6):12241230.
［8］陈国良, 王煦法, 庄镇泉, 等. 遗传算法及其应用［M］. 北京:人民邮电出版社, 2001.

[1]	刘屹成, 刘晓燕, 严馨. 并行平衡级联支持向量机[J]. 计算机工程与科学, 2023, 45(07): 1170-1177.
[2]	臧照虎, 李晨, 王耀华, 陈小文, 郭阳. 面向众核系统的层次化栅栏同步机制[J]. 计算机工程与科学, 2022, 44(11): 1901-1908.
[3]	张勇, 张曦, 万云博, 何先耀, 赵钟, 卢宇彤. 非结构有限体积CFD计算的网格重排序优化[J]. 计算机工程与科学, 2022, 44(10): 1721-1729.
[4]	范培勤, 过武宏, 韩梅, 唐帅, 张驰, . 水声环境特征参数并行预报方法研究[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(11): 1920-1925.
[5]	毛媛媛, 石恩雅, 蒋从锋, 仇烨亮, 贾刚勇, 万健, 闫龙川. 基于遗传算法的数据中心能效仿真[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(08): 1341-1352.
[6]	胡新荣, 刘嘉文, 刘军平, 彭涛, 何儒汉, . 基于改进GA-BP-MC神经网络的人体三维尺寸预测[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(08): 1443-1453.
[7]	李静, 莫思敏 . 基于改进遗传算法的深度神经网络优化研究[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(08): 1503-1511.
[8]	龚昊, 刘莹, 冯建周, 赵仁良, 冷佳旭, . 基于GPU加速的脉冲多普勒雷达信号处理[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(07): 1141-1149.
[9]	焦育威, 王鹏, 辛罡, . 基于采样尺度自适应的多尺度量子谐振子优化算法并行化[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(07): 1200-1209.
[10]	俞茂学, 贾东宁, 魏志强, 许佳立, 马广浩. 一种基于国产异构众核处理器的C++智能源码转换框架[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(06): 997-1005.
[11]	丁哲昭, 储根深, 胡长军, 李扬. 基于申威众核处理器的圣维南求解程序的并行与优化[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(05): 820-829.
[12]	李晶晶, 许少华. 基于组合核函数的径向基过程神经网络及其在示功图诊断中的应用[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(04): 746-752.
[13]	季子豪, 江凌云. 一种基于遗传算法的多站点协同计算卸载算法[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(03): 426-434.
[14]	贾俊杰, 秦海涛. 基于遗传算法的动态轨迹匿名算法[J]. 计算机工程与科学, 2021, 43(01): 142-150.
[15]	丁峻宏, 苗新强, 李根国. 面向异构超算的结构分析高效并行计算方法[J]. 计算机工程与科学, 2020, 42(12): 2133-2140.

大规模CFD多区结构网格任务负载平衡算法

A novel task load balancing algorithm in the
large-scale CFD with multi-zone structured grids

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

大规模CFD多区结构网格任务负载平衡算法

A novel task load balancing algorithm in the large-scale CFD with multi-zone structured grids

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

A novel task load balancing algorithm in the
large-scale CFD with multi-zone structured grids