随着并行计算技术的发展和普及,业界存有大量的串行应用程序需要迫切改造为并行程序,来提高数据处理能力。而串行程序并行化面临两个基本问题:(1)并行编程的高成本问题。并行编程需要专业的并行编程能力和丰富的工程经验,开发并行程序需要大量的工程成本和时间。(2)并行平台的多样性问题。随着各种并行硬件平台和并行编程模型数量的增加,并呈现出多样化,需要具备快速生成所需目标并行平台的并行程序的能力。针对上述两个问题,需要通过高效易用的并行编程框架来辅助并行编程。为此,本文设计并实现了一种基于标记语言的三层并行编程框架,主要的思路和方法是:(1)并行编程框架结构设计。设计了三层框架结构,分别是串行程序层、并行中间代码层、目标并行编程语言程序层。通过对串行代码进行语言标记来实现有并行语义的并行中间代码层,再对并行中间代码层进行代码解析来实现可执行的目标并行编程语言程序层,其中并行中间代码层实际是多种并行平台编程模型的一种抽象,与具体并行平台无关。(2)并行机制与标记语言设计。通过对多种并行编程模型(共享存储并行模型、分布式存储并行模型、多任务操作系统并行模型和GPU并行模型)下的数据并行任务进行抽象,建立了基于数据并行的标准任务模型,包括三个计算阶段:数据划分和分发、数据计算、数据收集和规约。设计了一套并行标记方法用于表达与平台无关的并行语义,来辅助并行编程框架进行代码解析,代码解析系统将带有标记的串行程序转化为用户指定平台的并行程序,实现串行程序跨平台并行化。(3)辅助支撑系统设计。设计了性能标记方法用于程序性能参数的自动寻优,这些寻优参数为线程数和进程数、任务负载量等,寻优系统提升了并行程序的性能。此外,还包括用户搭建跨平台并行计算环境和设置并行条件等。本文框架适用于多种软件平台(Windows、Linux、VxWorks)和硬件平台(X86和PowerPC)下的以计算为主的流数据处理任务。最后,将并行编程框架应用于某工程数据处理项目。项目应用反映了框架可以产生用户指定并行平台的并行程序,且计算结果与对应串行程序结果一致;并且评估了框架在共享存储平台和分布存储平台下产生的并行程序的性能,其加速比与人工编写的并行程序相当。