多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法技术

本发明专利技术提供的一种多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，对耦合度较低的计算域进行递归分解，形成不需要进行相互数据迁移就可以保持组间负载均衡的计算域组；根据各个计算域组的计算量占全部计算域的总体计算量的比例，计算各个计算域组的资源组规模，给各个计算域组分配资源组；各个计算域组的资源组是互斥的，并集为全局资源组；根据各个计算域的计算量占所属计算域组的计算量的比例，计算各个计算域的资源组规模，给各个计算域分配资源组；各个计算域的资源组是互斥的，并集为计算域组的资源组。本发明专利技术能够解决多域多物理模的多程序数据流计算过程中，由于过程依赖造成计算等待问题，提升负载均衡的效率。提升负载均衡的效率。提升负载均衡的效率。

【技术实现步骤摘要】
多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法


[0001]本专利技术涉及一种负载均衡优化方法，尤其涉及一种多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法。

技术介绍

[0002]多域多物理耦合是实现系统级高保真数值模拟的可行形式，现行工业仿真软件由于历史原因多采用较为封闭的体系架构，各个物理领域的软件相互独立无法顺畅地进行耦合计算，难以满足未来工业产品设计研发的需求。基于软件通信和文件接口的耦合，除了在算法、稳定性方面存在一定问题外，也存在负载均衡等性能问题。传统系统仿真在实施高保真数值模拟时，也通常采用边界条件迭代匹配方法，计算浪费较多。多物理问题耦合计算，需要较高的性能支撑。美国阿贡国家实验室调研《Multiphysics Simulations:Challenges and Opportunities》显示，多物理耦合计算在科学和工程计算领域虽然有大量的实践，但在E级超级计算机等高性能平台上，实现高保真的多域多物理耦合，将是一个“1加1”远大于“2”的挑战，其并行扩展难度将超过预期。

技术实现思路

[0003]为了满足工业数字化创新需求，本专利技术提供了一种多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，能够解决多域多物理模的多程序数据流(MPMD)计算过程中，由于过程依赖造成计算等待问题，即负载假均衡问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0005]本专利技术提供的一种多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，其特征在于，包括
[0006]步骤1：将没有同步节点的计算域分配到不同的计算域组中；
[0007]步骤2：选择计算域组中的特定同步流程节点，将该特定同步流程节点连接的计算域分解为2个以上没有其他同步关系的多个计算域组；
[0008]步骤3：对子计算域组执行步骤2、步骤3，直至步骤2中无法再选择特定同步流程节点，得到若干不可分解的计算域组；
[0009]步骤5：根据各个计算域组的计算量占全部计算域的总体计算量的比例，计算各个计算域组的资源组规模，给各个计算域组分配资源组；各个计算域组的资源组是互斥的，并集为全局资源组；
[0010]步骤6：根据各个计算域的计算量占所属计算域组的计算量的比例，计算各个计算域的资源组规模，给各个计算域分配资源组；各个计算域的资源组是互斥的，并集为计算域组的资源组；
[0011]其中，特定同步流程节点需要满足：取消该同步节点后，所连接的计算域可以分解为2个以上没有同步关系的计算域组。
[0012]本专利技术提供的多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，其特征在于，步骤6还包括：根据各个计算域的资源组规模，分配计算域的运行时数据库；
[0013]其中，运行时数据用于在各个计算阶段，迁移存储该阶段计算流程必要数据，计算完毕后将数据更新回基础计算域数据库。
[0014]本专利技术提供的多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，优选地，还包括缓存机制：在不突破存储的情况下，为各个计算阶段缓存必要的数据副本。
[0015]本专利技术提供的多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，优选地，还包括平铺机制：在计算时，若计算域组中的数据规模相对较大或者分配的资源组相对较小，将计算域组的数据进行平铺。
[0016]本专利技术提供的多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，优选地，还包括通信计算重叠策略：在执行计算的过程中，各进程同步缓存后续计算流程的数据。
[0017]本专利技术提供的多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，优选地，还包括综合开销评估策略：通过开销评估和运行时监测统计，确定每个计算阶段的数据迁移的开销和不进行数据迁移情况下计算不均衡的等待开销，在保证计算综合用时最短的前提下，确定某一计算阶段是否执行数据迁移。
[0018]本专利技术提供的多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，优选地，所述步骤2中“选择计算域组中的特定同步流程节点”具体为：
[0019]步骤201：通过统计原始流程图，对计算域间的同步次数进行统计；
[0020]步骤202：按照域间同步次数由大到小进行计算域两两聚合，形成聚合树；
[0021]步骤203：依次按照聚合树广度优先遍历可以快速找到所有的所需同步节点。
[0022]上述技术方案具有如下优点：
[0023]本专利技术提供的一种多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，对耦合度较低的计算域进行递归分解，形成不需要进行相互数据迁移就可以保持组间负载均衡的计算域组；根据各个计算域组的计算量占全部计算域的总体计算量的比例，计算各个计算域组的资源组规模，给各个计算域组分配资源组；各个计算域组的资源组是互斥的，并集为全局资源组；根据各个计算域的计算量占所属计算域组的计算量的比例，计算各个计算域的资源组规模，给各个计算域分配资源组；各个计算域的资源组是互斥的，并集为计算域组的资源组。本专利技术能够解决多域多物理模的多程序数据流计算过程中，由于过程依赖造成计算等待问题，提升负载均衡的效率。
附图说明
[0024]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。
[0025]图1是本专利技术实施例1提供一种多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法建模的流程图；
[0026]图2是本专利技术实施例1提供一种多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法经过步骤2划分后的流程图；
[0027]图3是本专利技术实施例1提供一种多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法的一种无法分割的计算域组的流程图；
[0028]图4是本专利技术实施例1提供一种多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法的流程示
意图。
具体实施方式
[0029]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行说明，显然所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对附图中提供的本专利技术实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0030]实施例1：
[0031]在面对多域多物理耦合数值模拟负载均衡问题时，为了便于理解，首先先对该问题进行建模：
[0032]计算域：计算域控制和存储了计算域上所有计算所需要的数据，这些数据可以在运行时全部存储在分布式内存中，或者通过内存缓冲机制，按需从外存读入内存中。计算域是计算操作发生的数据主体，在计算域上定义的计算操作基本采用单程序多数据流模型(SPMD)。
[0033]资源组：以进程或者线程为基本单位组成的分布式计算资源，这些资源可以按照重叠或不重叠的方式形成集合，即为资源组。如果这些资源都是进程，则资源组可以等同于进程组。下文中不再对线程和进程加以区分，统一以进程加以描述。
[0034]计算流程：有多个计算域参与计算，每个计算域上定义了多个计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，其特征在于，包括步骤1：将没有同步节点的计算域分配到不同的计算域组中；步骤2：选择计算域组中的特定同步流程节点，将该特定同步流程节点连接的计算域分解为2个以上没有其他同步关系的多个计算域组；步骤3：对子计算域组执行步骤2、步骤3，直至步骤2中无法再选择特定同步流程节点，得到若干不可分解的计算域组；步骤5：根据各个计算域组的计算量占全部计算域的总体计算量的比例，计算各个计算域组的资源组规模，给各个计算域组分配资源组；各个计算域组的资源组是互斥的，并集为全局资源组；步骤6：根据各个计算域的计算量占所属计算域组的计算量的比例，计算各个计算域的资源组规模，给各个计算域分配资源组；各个计算域的资源组是互斥的，并集为计算域组的资源组；其中，特定同步流程节点需要满足：取消该同步节点后，所连接的计算域可以分解为2个以上没有同步关系的计算域组。2.如权利要求1所述的多域多物理耦合数值模拟负载均衡方法，其特征在于，步骤6还包括：根据各个计算域的资源组规模，分配计算域的运行时数据库；其中，运行时数据用于在各个计算阶段，迁移存储该阶段计算流程必要数据，计算完毕后将数据更新回基础计算域数据库。3.如权利要求2所述的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：任虎，
申请(专利权)人：任虎，
类型：发明
国别省市：