基于地震资料处理的计算网格技术的研究

论文摘要

网格技术是一种力图把整个Internet整合成一台超级虚拟计算机计算平台的支撑技术。网格计算做为高性能计算的一个重要分支,为解决科学和工程领域一些大规模计算问题提供了理想的平台。基于地震资料处理的计算网格的研究将大大降低目前配置地震资料处理计算环境的门槛,为地震资料处理的推广和应用提供新的平台。在本论文中主要做了以下几方面的工作。1.本文针对地震资料处理的特点采用最新的网格技术首次设计出了适应地震资料处理的计算网格平台体系结构。该体系结构由资源监控模块、作业调度管理、数据管理等六个模块组成。在传统网格结构的基础上针对地震资料处理的特点增加了port模块、数据管理模块和进程迁移功能2.在网格资源监控模块的研究中本文对网格底层资源监控系统的理论和体系结构进行了剖析,并针对目前网格监控所存在的问题,提出了一种基于GMA规范的网格监控模型和动态调整监控间隔的方法,由于该模型采用带中间件的三层体系结构,有效地解决了消费者直接访问被监控对象所带来的安全问题,并对异构资源的互访提供支持,通过数据组织、分层结构及函数接口向用户提供了统一的资源对象接口,解决了异构系统的问题。同时为降低系统开销,提高系统的性能采取了动态调整监控间隔的方法和趋势预测机制。3.计算网格资源的分布性、异构性、自治性及动态性特点,决定了网格资源调度的复杂性。本文研究了适合大规模任务处理的网格资源调度系统,目的是在应用程序和网格资源之间做出合理分配,使这些应用获得最佳性能。提出了一个基于树状层次拓扑结构的分级式调度模型,这种调度模型不仅具有高度可扩展性,而且能够较好地适应网格资源动态变化的特性。同时为有效地平衡系统负载,缩短任务的最小完成时间,提高调度效率提出了Dmm算法。4.由于地震资料处理的海量数据特点,本文还进行了管理海量数据的数据网格的研究。针对网格环境中数据传输的速度和稳定性都无法得到保障的“瓶颈”问题。本文分析了网格数据管理及其Replica技术,研究了网格数据传输机制。提出了融Replica技术和数据传输为一体的基于多Replica的数据传输模型MRT,并加以定义,明确了MRT模型的组成、元素间的映射关系和工作流程等,并基于启发式方法,提出了启发式动态任务分配算法,最后对算法进行了复杂度分析5.为解决网格计算中资源故障发生较频繁的情况保证网格的高可用性和高可靠性。本文还对网格计算中的进程迁移和检查点技术做了深入的研究,提出了基于检查点的进程迁移模型(Process Migration Model based on Checkpoint, PMMC)。PMMC模型有效地平衡了节点负载,提高了节点的利用率和吞吐量。最后分析了进程迁移算法,提出一种进程迁移算法的策略6.最后本文在自己搭建的网格平台上重点分析了三维叠前深度偏移的各种算法,旨在将自动并行化技术应用于网格这种超强计算能力中,使得工程实践中已经积累的大量串行应用程序能够在网格环境中高效并行执行。通过阅读大量的三维叠前深度偏移串行程序,分析并归纳出其并行化特征,指出:Kirchhoff积分法叠前深度偏移中,旅行时的计算适合采用按炮点并行计算,成像输出适合基于炮检距的自动并行化;分步傅立叶法叠前深度偏移适合按单炮记录进行并行。在分析三维叠前深度偏移串行程序自动并行化特征的基础上,提出一个自动并行化模型,并介绍模型中各模块所采用的关键技术。针对模型中的数据及循环分布这一难题,论文将其分为无通信及有通信两种情况分别进行分析。无通信情况下,分别针对数组与循环、同名数组间、异名数组间三种情况,提出三个算法,解决对应情况下的数据及循环分布问题;有通信情况下,将该问题抽象成一个数学模型(APDG图的划分)。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 网格技术研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 网格技术在石油勘探开发中的应用现状
• 1.4 偏移方法研究现状
• 1.5 论文研究的目标和内容
• 1.6 论文的内容安排
• 第二章 网格基础理论
• 2.1 网格技术的出现
• 2.2 网格体系结构
• 2.2.1 五层沙漏结构
• 2.2.2 开放网格服务结构
• 2.2.3 Web服务资源框架
• 2.3 Globus Toolkit简介
• 2.4 小结
• 第三章 基于地震资料处理的网格平台体系结构的研究
• 3.1 网格平台的体系结构的研究设计
• 3.2 Portal模块
• 3.3 网格信息监控模块
• 3.4 网格平台作业调度管理模块
• 3.5 数据管理模块
• 3.6 安全管理模块
• 3.7 小结
• 第四章 网格资源监控模块研究
• 4.1 网格监控基本理论
• 4.1.1 网格监控结构
• 4.1.2 网格监控的难点
• 4.2 网格监控模块的设计
• 4.3 网格监控模块关键技术的研究
• 4.3.1 动态监控间隔的调整
• 4.3.2 信息预测算法的研究
• 4.4 小结
• 第五章 网格任务调度模块的研究
• 5.1 网格资源调度基本理论
• 5.1.1 高性能调度技术
• 5.1.2 网格调度特点
• 5.1.3 网格调度模式
• 5.1.4 树状层次拓扑结构
• 5.1.5 拓扑树的接入方式
• 5.2 网格调度模块描述
• 5.2.1 模块的功能分析
• 5.2.2 模块建立的前提
• 5.2.3 模块的设计思想
• 5.2.4 模块的基本架构
• 5.3 调度模块的详细设计
• 5.3.1 调度模块框架设计
• 5.3.2 调度流程
• 5.4 资源评估方式分析
• 5.5 网格任务调度策略的研究
• 5.5.1 集群环境任务调度算法
• 5.5.2 集群环境Min-Min调度算法
• 5.5.3 网格环境Divided Min-Min调度算法
• 5.6 小结
• 第六章 网格数据传输模块的研究
• 6.1 Replica技术的引入
• 6.2 基于多Replica的数据传输模型MRT
• 6.2.1 模型提出
• 6.2.2 MRT模型定义
• 6.2.3 MRT模型的Replica查找与定位策略
• 6.3 MRT模型的任务分配算法
• 6.3.1 问题描述
• 6.3.2 启发式动态任务分配算法
• 6.3.3 算法流程
• 6.3.4 算法分析
• 6.4 小结
• 第七章 基于检查点的进程迁移的研究
• 7.1 关键技术概述
• 7.1.1 检查点
• 7.1.2 进程迁移机制
• 7.2 基于检查点的进程迁移设计与实现
• 7.2.1 设计目标
• 7.2.2 基于检查点的进程迁移模型PMMC
• 7.2.3 PMMC选择策略
• 7.2.4 基于检查点的进程迁移设计与实现
• 7.2.5 基于检查点的进程迁移过程
• 7.3 进程迁移算法策略的研究
• 7.3.1 进程迁移算法分析
• 7.4 小结
• 第八章 基于网格的偏移方法串行程序自动并行化方法研究
• 8.1 基于叠前深度偏移程序的自动并行化特征
• 8.1.1 模型的构成
• 8.1.2 关键技术
• 8.2 三维叠前深度偏移串行程序的特点及并行化特征
• 8.2.1 射线法三维叠前深度偏移的并行化特征
• 8.2.2 波动方程三维叠前深度偏移并行化特征
• 8.3 数据及循环分布的并行特征
• 8.3.1 数据分布介绍
• 8.3.2 过程内数据及循环分布的研究意义
• 8.3.3 相关约定及定义
• 8.3.4 无通信的数据及循环分布
• 8.3.5 有通信的数据及循环分布
• 8.4 小结
• 第九章 结论
• 9.1 主要研究工作及创新性成果
• 9.2 下一步工作
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简介