成像雷達(dá)并行仿真優(yōu)化技術(shù)

內(nèi)容概要

　　《成像雷達(dá)并行仿真優(yōu)化技術(shù)》全面系統(tǒng)地論述了成像雷達(dá)并行仿真的基本理論、優(yōu)化方法、軟件開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)。為了便于研究的開(kāi)展和成果的驗(yàn)證，本書(shū)以主流的并行體系結(jié)構(gòu)——工作站機(jī)群為平臺(tái)，針對(duì)重要的仿真應(yīng)用——sar成像處理程序的并行仿真優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行深入研究，重點(diǎn)研究了仿真程序的并發(fā)性、平臺(tái)與程序的適用性、并行模式選擇、并行優(yōu)化方法、并行軟件實(shí)現(xiàn)與性能評(píng)測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)?；谘芯康牟⑿蟹抡鎯?yōu)化技術(shù)，開(kāi)發(fā)了sar并行成像軟件系統(tǒng)，并進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)和性能分析。本書(shū)條理清晰、內(nèi)容新穎、分析嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)性強(qiáng)、理論聯(lián)系實(shí)際、強(qiáng)調(diào)優(yōu)化技術(shù)的工程實(shí)現(xiàn)，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用背景。
　　并行計(jì)算是計(jì)算機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而并行優(yōu)化技術(shù)已是許多學(xué)科領(lǐng)域的科技工作者都應(yīng)熟練掌握和應(yīng)用的一門(mén)技術(shù)。本書(shū)可供在高性能仿真尤其是雷達(dá)信號(hào)并行仿真等領(lǐng)域進(jìn)行研究工作的科技工作者和工程師們使用；也可作為高等院校計(jì)算機(jī)應(yīng)用、信號(hào)處理仿真、電子工程等專(zhuān)業(yè)的教師和研究生進(jìn)行有關(guān)課題研究或課程學(xué)習(xí)時(shí)的參考書(shū)。本書(shū)所附的并行成像代碼也能夠?yàn)椴⑿蟹抡骈_(kāi)發(fā)人員和并行優(yōu)化設(shè)計(jì)人員提供有益的學(xué)習(xí)參考。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論
1.1 高性能并行仿真技術(shù)
1.1.1 現(xiàn)代仿真技術(shù)對(duì)高性能的計(jì)算需求
1.1.2 并行計(jì)算平臺(tái)的性能優(yōu)勢(shì)
1.1.3 基于并行計(jì)算平臺(tái)加速高性能仿真程序
1.2 sar成像處理概述
1.2.1 sar簡(jiǎn)介
1.2.2 sar成像算法
1.3 并行計(jì)算基礎(chǔ)
1.3.1 并行體系結(jié)構(gòu)
1.3.2 并行編程模型
1.3.3 并行優(yōu)化算法
1.4 sar成像并行仿真
1.4.1 sar成像并行算法
1.4.2 工作站機(jī)群體系結(jié)構(gòu)
1.4.3 并行化關(guān)鍵技術(shù)
1.5 小結(jié)
第2章 雷達(dá)對(duì)抗信號(hào)級(jí)仿真的并發(fā)性
2.1 并發(fā)性特點(diǎn)
2.1.1 矢量信號(hào)并發(fā)性
2.1.2 仿真流程并發(fā)性
2.1.3 數(shù)據(jù)區(qū)域并發(fā)性
2.2 并行計(jì)算分解
2.2.1 并行分類(lèi)
2.2.2 任務(wù)并行
2.2.3 數(shù)據(jù)并行
2.2.4 流水線(xiàn)并行
2.3 sar成像算法的并發(fā)性
2.3.1 sar實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)訪(fǎng)問(wèn)特點(diǎn)
2.3.2 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的r-d算法并發(fā)性
2.4 小結(jié)
第3章 并行計(jì)算平臺(tái)和仿真程序的適用性
3.1 問(wèn)題的提出
3.2 高性能仿真程序的特性
3.3 并行計(jì)算平臺(tái)的性能指標(biāo)
3.4 并行優(yōu)化目標(biāo)要素
3.5 平臺(tái)和程序的適用性
3.5.1 確定平臺(tái)的適用性
3.5.2 確定程序的適用性
3.6 小結(jié)
第4章 基于程序特性的并行模式選擇技術(shù)
4.1 問(wèn)題的提出
4.2 選擇并行化區(qū)域
4.2.1 時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)比重因素
4.2.2 并行化特性因素
4.3 確定并行粒度
4.3.1 控制并行粒度的基本準(zhǔn)則
4.3.2 r-d算法的并行粒度
4.4 確定映射層次
4.4.1 確定映射層次的方法
4.4.2 r-d算法的映射層次
4.5 確定控制模式
4.5.1 控制模式分類(lèi)
4.5.2 r-d算法的控制模式
4.6 小結(jié)
第5章 面向性能的并行優(yōu)化技術(shù)
5.1 訪(fǎng)存延遲避免技術(shù)
5.1.1 問(wèn)題的提出
5.1.2 訪(fǎng)存開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化技術(shù)
5.1.3 r-d算法的訪(fǎng)存開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化技術(shù)
5.2 通信延遲避免技術(shù)
5.2.1 問(wèn)題的提出
5.2.2 通信開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化技術(shù)
5.2.3 r-d算法的通信開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化技術(shù)
5.3 延遲隱藏技術(shù)
5.3.1 問(wèn)題的提出
5.3.2 延遲隱藏優(yōu)化技術(shù)
5.3.3 r-d算法的延遲隱藏優(yōu)化技術(shù)
5.4 小結(jié)
第6章 sar成像并行軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
6.1 軟件說(shuō)明
6.1.1 單機(jī)版本
6.1.2 多機(jī)版本
6.2 軟件設(shè)計(jì)
6.2.1 線(xiàn)程安全隊(duì)列
6.2.2 單機(jī)版本
6.2.3 多機(jī)版本
6.3 運(yùn)行界面及輸出圖像
6.4 小結(jié)
第7章 sar成像并行軟件實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)
7.1 加速比
7.1.1 加速比定律
7.1.2 實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)
7.2 可擴(kuò)展性
7.2.1 可擴(kuò)展性定律
7.2.2 實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)
7.3 各功能段優(yōu)化情況
7.3.1 功能代碼段優(yōu)化理論
7.3.2 實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)
7.4 cpu和內(nèi)存使用率
7.4.1 指標(biāo)說(shuō)明
7.4.2 實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)
7.5 網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率
7.5.1 指標(biāo)說(shuō)明
7.5.2 實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)
7.6 訪(fǎng)存局部性
7.6.1 存儲(chǔ)重用理論
7.6.2 實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)
7.7 其他測(cè)試
7.7.1 文件讀取耗時(shí)測(cè)試
7.7.2 mpi線(xiàn)程模式測(cè)試
7.8 小結(jié)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   1.減少通信次數(shù) 為了減少通信開(kāi)銷(xiāo)，首要措施是應(yīng)當(dāng)減少通信次數(shù)，避免部分通信。絕對(duì)的通信開(kāi)銷(xiāo)是由分配到不同進(jìn)程的多個(gè)任務(wù)之間所需交換的數(shù)據(jù)量決定的。因此，通過(guò)優(yōu)化數(shù)據(jù)劃分和分布方式，避免進(jìn)程之間所需的數(shù)據(jù)交換，能夠有效減少通信次數(shù)，從而減小通信開(kāi)銷(xiāo)。具體的優(yōu)化技術(shù)主要體現(xiàn)在任務(wù)劃分和任務(wù)映射兩個(gè)方面。 首先，任務(wù)劃分時(shí)盡可能將具有數(shù)據(jù)依賴(lài)的計(jì)算密集于同一任務(wù)。這是因?yàn)?，同一任?wù)必定分配給同一進(jìn)程，進(jìn)程中包含的數(shù)據(jù)依賴(lài)越多，則相應(yīng)減少了進(jìn)程之間相互索取數(shù)據(jù)的可能，進(jìn)而減少了通信次數(shù)。這是一種任務(wù)內(nèi)部的細(xì)粒度通信開(kāi)銷(xiāo)優(yōu)化方法。通常，數(shù)值計(jì)算程序以循環(huán)為主要計(jì)算體，任務(wù)劃分也以循環(huán)為劃分對(duì)象。那么，為了密集任務(wù)內(nèi)的數(shù)據(jù)依賴(lài)，應(yīng)當(dāng)對(duì)程序的所有循環(huán)實(shí)施全局的循環(huán)變換。首先實(shí)施循環(huán)分布、數(shù)組統(tǒng)一和循環(huán)分塊等程序變換方法，目的在于提高循環(huán)間的數(shù)組重用，增強(qiáng)循環(huán)內(nèi)部的數(shù)據(jù)局部性。然后對(duì)優(yōu)化后的循環(huán)實(shí)施循環(huán)重排序、循環(huán)合并等方法，目的在于增大循環(huán)的粒度，減小循環(huán)間的數(shù)據(jù)相關(guān)性。程序優(yōu)化后，形成具有密集數(shù)據(jù)依賴(lài)的多個(gè)循環(huán)，然后基于此進(jìn)行任務(wù)劃分，從而使生成的并行任務(wù)內(nèi)部具有復(fù)雜的數(shù)據(jù)依賴(lài)，相互之間具有盡可能少的數(shù)據(jù)依賴(lài)。 其次，在任務(wù)映射時(shí)將訪(fǎng)問(wèn)相同數(shù)組或要求頻繁通信的任務(wù)分配到同一進(jìn)程中。這是因?yàn)?，若將這些任務(wù)分配到不同進(jìn)程，必然增加進(jìn)程間數(shù)據(jù)交換需求，產(chǎn)生通信開(kāi)銷(xiāo)。具體優(yōu)化方法如下。通過(guò)分析任務(wù)之間的依賴(lài)關(guān)系圖，將具有依賴(lài)關(guān)系的任務(wù)劃分為一組，作為映射到同一進(jìn)程的候選。然而并非這些任務(wù)組都可映射到同一進(jìn)程。不適合映射到同一進(jìn)程的任務(wù)組主要包括以下幾種情況。第一，若將某任務(wù)組映射到同一進(jìn)程，將顯著減小系統(tǒng)并行度。這種情況源于該任務(wù)組之外的多個(gè)任務(wù)反依賴(lài)于這個(gè)任務(wù)集合，必須等到該集合中所有任務(wù)執(zhí)行完畢才能啟動(dòng)執(zhí)行。這樣即使將該任務(wù)集合分配于同一進(jìn)程，也無(wú)法與其他進(jìn)程同時(shí)并發(fā)執(zhí)行，降低了系統(tǒng)的并行度。第二，若將某任務(wù)組映射到同一進(jìn)程，則出現(xiàn)系統(tǒng)嚴(yán)重負(fù)載不平衡。這種情況源于該任務(wù)組中的所有任務(wù)執(zhí)行時(shí)間之和占總串行程序時(shí)間的比例很大，這說(shuō)明該任務(wù)組的工作量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出該組之外的其他任務(wù)的工作量，若將該任務(wù)組中的所有任務(wù)分配到同一進(jìn)程，則會(huì)引起系統(tǒng)負(fù)載嚴(yán)重不平衡。對(duì)于這兩種情況，可以考慮將任務(wù)組中的多個(gè)任務(wù)分配到不同進(jìn)程，雖然會(huì)產(chǎn)生通信開(kāi)銷(xiāo)，但是避免了并行度降低和負(fù)載不平衡，并且可以采用5.3節(jié)提到的通信延遲隱藏技術(shù)來(lái)優(yōu)化程序運(yùn)行時(shí)性能。

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