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科学计算的兴起是20世纪后半叶最重要的科技进步之一。计算与理论及实验相并列,已经成为当今世界科学活动的三种手段。为把信息和数据变成知识,从而探索科学未知,促进技术创新,加强国防建设,保障国家安全,计算将起着不可替代的重要作用。当前科学计算正在向大规模和高性能发展,要达到“全物理、全系统、三维、高分辨、高逼真”的数值模拟,发展高效的计算方法与发展高性能的计算机同等重要。大规模科学计算提出的世界性难题已经形成科学计算的学科前沿。求解由实际问题得到的复杂的偏微分方程不仅计算规模大,更由于非线性、多尺度、长时间、不确定、多区域、高病态等特点使计算格外困难。因此,大规模科学计算对计算机提出越来越高的要求,大型机、超级计算机渐渐成为大规模科学计算的主要工具。
同时,伴随着网络的高速发展,我们已经进入了崭新的网络时代,在与高性能计算有关的科学领域,正在涌现出一个具有划时代意义的新生事物——网格。一种充分利用分布在不同地理位置的计算机、贵重仪器、数据库等资源并用高速网络连接在一起的资源的集合。基于网格技术的大规模科学计算将一改往日单一的、单机的计算模式,它充分的利用网格各个结点的计算资源,通过统一的调度管理软件,将繁重的计算任务分配到网格中的各个结点,从而形成一种高效的、经济的、方便的计算模式。
软件的计算效率,不仅仅与硬件的运行速度有关,因此在计算机硬件和网络环境不断优化的同时,还不得不对软件本身的算法做调整,使之能够更好的与高速的设备与环境相融合,从而达到对各种资源的最有效利用。由于大型机、超级计算机以及PC机群都是多CPU的工作模式,因此,并行算法的设计将是其主要的解决方案。
本文将主要针对网格技术和并行算法以及网站的相关编程技术展开研究和分析工作,同时结合中国网格计划中的一个分支CFD应用中的大型地质灾害分析系统,就其技术原理和具体实现进行实例的讲解和分析。将涉及到以下几方面的技不:1.网格技术的应用;
2.多CPU大型机上基于MPI机制的Fortran语言的并行算法设计;
3.应用平台的搭建和Web服务的封装;
4.Linux下基于Servlet/Jsp技术的网站的设计。