摘要
随着计算机和计算方法的发展，各个研究领域对高性能计算的需求越来越大，集群计算己成为并行处理领域的热点和主流。机群系统具有异构性，现有的并行编程环境存在不能跨越异构操作系统的问题，不能跨平台进行并行计算。本文在分析已有的并行虚拟机器环境PVM的基础上，利用Java语言的平台无关特性，构建一个能屏蔽操作系统差别、在无需提供一致系统的情况下实现机群并行计算的环境XVM。
本文首先介绍了分布式并行处理技术的发展，然后着重分析了消息传递系统的原理和基于消息传递系统进行并行计算需要解决的一些关键技术，并对现有的PVM环境进行分析，了解其设计思想、系统组成、工作流程以及通信机制，以作为XVM系统设计的借鉴。然后介绍了XVM系统的实现语言Java的一些特性，Java语言的平台无关性是构建XVM的基础。
在熟悉了消息传递系统的原理和采用的开发语言Java之后，参照PVM系统，本文提出了基于Java语言的XVM系统的总体设计思想，阐述系统设计的目标以及设计时考虑的一些技术因素，并描述了系统的功能设计。XVM系统采用星形并行计算模式，并将并行计算环境的构造和计算任务区分开来，采用纯Java语言实现，由一系列封装的类组成。它完成的功能是虚拟机的构造、任务调度管理和通信的实现，主要组成可以分为环境构造类、守护进程类、控制台类、通信管理类、消息管理类等几个部分。环境构造类用于构造并行虚拟机器环境并向外部提供编程接口；守护进程类提供通信监听和消息处理的功能；控制台类提供对并行虚拟环境进行配置和查询的接口：通信管理类负责系统中通信连接的建立；消息管理类实现系统中各种消息的构造和存储。这些类相互联系，共同提供在异构操作系统的机群中实现并行计算需要的并行虚拟环境。
在描述了系统设计思想之后，本文逐一介绍了XVM系统组成部分的一些关键类的具体编程实现，它们采用纯Java语言编写。最后，结合作者在并行实验室的局域网配置中的一些工作，介绍了建立XVM环境需要的DNS的配置过程，于此基础上在并行实验室中安装已经实现了的XVM系统，并用一些测试程序对XVM的性能进行测试。
With the development of computer and computing method, the demand for high performance computing increases rapidly in all research fields, and the cluster computing has become popular in parallel computing filed. The cluster system maybe consists of heterogeneous computer system, but the current parallel programming environment can't cross the different operate systems to execute parallel computing. In this paper we will discuss the implementation of such a parallel system called XVM, which is based on PVM and has taken the advantage of Java.
In this paper, we first introduce development of the technology in Distributed Parallel Computing field, and then pay much attention to analyze the principles of Message Passing System and the core technologies needed in the message passing parallel computing. Then, we begin to analyze the PVM system in order to understand its design thought and to learn about its components, its workflow and its communication mechanism, so that we can design the XVM. Then we introduce the features of Java with which the XVM system is developed. The platform independence feature of Java is the foundation of XVM.
After describing the Message Passing System and Java, then the design thought of XVM based on Java is explored, then the design goal, system function and some technologies are taken into account. XVM takes the self-control model of parallel computing and separates the system management tasks and the computing tasks. XVM is developed with pure Java and consists of a serial of Java classes. The main goal of XVM is to form a virtual machine and manage the tasks and implement the communication .The main components include Environment Class, Daemon Class, Console Class, Communication Management Class and Message Management Class. The first one is used to built a parallel virtual machine and provide programming interface to users. The second one is to listen connection requests and deal with the incoming
messages. The third one provides an interface to manage and query from the parallel virtual machine. The fourth is responsible for establishing the connection in XVM, and the last one will build and store all the messages in XVM. All of these classes cooperate and form a parallel virtual environment that is needed in the cluster computing over heterogeneous operate systems.
After introducing the design thought, we describe how to implement all the components of XVM in detail. Finally, with the maintenance practice in the parallel laboratory of the author, we describe the process of establishing the DNS server that may be needed in XVM system. Based on this, we set up the XVM system in the LAN of the parallel laboratory and test the performance of XVM with some XVM parallel programs.
引文
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