高性能计算机系统级低功耗管控的研究与实现

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高性能微处理器、高速网络和标准化中间件工具的发展使得现代集群和并行计算技术的结合显示出巨大的计算能力和使用便携性,从而使得高性能分布式计算 被广泛的用于解决工业和科学领域的各种问题和挑战,国家高性能计算能力已经成为衡量一个国家综合实力的重要标志之一。虽然高性能计算的用户最关心的是所能获得的最高性能,但是随着高性能计算的发展,大型集群的能量消耗越来越大,节能成为高性能计算必须考虑的重要问题,使得低功耗成为高性能计算机和异构集群系统研究领域的热点。论文通过研究和分析低功耗技术的发展现状和相关领域的研究成果,针对高性能异构集群系统,设计了一套从系统级别上降低能量消耗的原型系统,并从理论设计,原型实现和效果测试等方面对系统进行了全面描述。

本文通过将单机操作系统的一种在线控制策略引入到异构集群系统,提出了一种新的考虑节能因素的异构集群系统调度算法,并通过仿真实验的方式,将我们的调度算法与经典的Min-Min调度算法进行了全面的性能对比测试,证明了调度算法在综合性能方面的卓越,提供了课题研究的理论基础。

基于理论研究的思路和成果,本文根据课题需要,提出了对高性能计算机异构集群系统进行系统级低功耗管控的方法和机制,设计了低功耗管控的原型系统,给出了系统的软件结构,模块划分,各模块的功能和关键技术,并详细介绍了低功耗管控系统的实现。

本文还根据课题需要,基于能耗测试领域内通用的测试方法,设计了详细全面的测试方案和计划,并使用真实通用的任务负载集合,对原型系统进行了性能测试和功能验证,给出了详细的测试结果和数据分析,证明了低功耗管控系统在降低能耗方面的实用性和有效性。

牛顿环是典型的等厚干涉现象,在实际的生产生活中的应用十分广泛,它可以用来测量光波波长、透镜的曲率半径、检验表面的光洁度、平面度和研究零件内部应力的分布等物理量。传统的人工牛顿环测量成本高,耗时长,且误差大,不便于长时间的连续观测,并且对图像信息没法存储。基于人工牛顿环测量存在的诸多问题,本文提出了一种全新的数字图像处理技术的计算机测量牛顿环的方法。在本文中,我们采用D图像采集系统代替人眼作为接收器,并加入中继透镜用以扩大视场。深入研究了数字图像处理、测量与识别方法。主要包括图像信息的提取、图像信息的二值化与平滑处理、图像增强与清晰处理、分割等处理,并在此基础上,通过自主编写的程序,完成对牛顿环直径的测量以及得到被待测透镜曲率半径。最终,我们以Windows xp为操作平台采用Microsoft Visual Studi C++6.0等工具开发出了牛顿环测量系统,完成了整套系统的软件设计。实验证明,该系统具有识别精度高及速度快等优点。实现了传统实验与现代计算机的有机结合,使传统的物理实验趋于现代化,在物理实验教学方面具有一定的实用价值。