[发明专利]基于可视化建模的MPI并行程序设计系统及框架代码自动生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MPI高性能并行计算中的编程环境、模型与方法，特别是涉及MPI并行程序框架代码的自动生成及程序设计方法。

背景技术

随着计算机的应用范围和应用水平的不断拓展和提高，人们对于计算机的计算和处理能力等性能要求也随之增加。近些年来，尤其是在天文、气象、海洋、生物、能源、化工、地质勘探、军事以及理论物理、数学等科学计算能力要求高的领域，对计算与信息处理能力提出了越来越高的要求。并行计算的出现和发展，也正是为了克服和解决这个问题而不断努力的。

目前，构建并行计算硬件环境的技术也已日臻成熟，搭建一个理论上计算能力相当强的并行计算环境，现在已经不是难题。然而，如何高效地在并行计算环境中进行各种并行计算应用程序的设计与开发，对于多数非计算机专业出身并且缺乏并行计算程序开发的专业训练的各应用领域的技术人员来说，已成为并行计算技术转化为实际生产力所面临的关键问题。

经文献检索发现，传统的支持并行程序设计与开发的系统和方法主要有：并行程序设计语言(HPF、Erlang、X10、Cilk)、并行编译器、高性能并行函数库(Intel的TBB、Microsoft TPL、IBM Amino)、可移植的多线程库(Pthread)、消息传递库(MPI、PVM)、自动并行化工具(OpenMP)、协同编程语言(Linda)、基于模板的并行程序设计方法(Frameworks)、并行组件编程方法(CCA)等等。

上述现有技术中的这些系统和方法，有的抽象程度太低，需要并行程序设计人员过多的关注底层细节，如消息传递、同步、加减锁等，致使编程效率低，程序代码错误多；有的不能满足当前最新的应用和系统需求；有的存在可移植性、可扩展性差的缺陷；有的是因为面向特殊专用领域，如空气动力学模拟、求解偏微分方程等，因而通用性很差。

因此，目前随着多核微处理器的普及，并行计算机走进了更加大众化的计算领域，研究并提出一套通用的并行程序设计方法和系统已经迫在眉睫。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提出了一种基于可视化建模的MPI并行程序设计系统及其框架代码自动生成方法，提供一套辅助并行程序设计与开发的系统与方法，利用可视化的用户操作界面，根据用户在系统设计阶段建立的各种模型，通过解析模型，自动生成结构完整且优化的并行程序框架代码。

本发明提出了一种基于可视化建模的MPI并行程序设计系统，包括用户界面层和代码生成层和并行标准库，用户界面模块向其即代码生成层提供模型，代码生成层对模型进行解析，根据用户的需要通过对已有的并行标准库进行调用，其中用户界面层包括用于图形化建模的图形编辑器和用于生成代码框架的修改的代码编辑器，代码生成层包括算法骨架模块、模型验证模块和代码生成模块，算法骨架模块用于定义模式的属性集的方法来描述相应模式的特征和行为，将多种设计模式进行再次的封装，提供程序框架；模型验证模块用于在代码生成前对模型的逻辑正确性进行验证，以确保生成代码的有效性，代码生成模块用于根据用户需求不同调用不同的并行标准库。

1.一种基于可视化建模的MPI并行程序设计系统，包括用户界面层、代码生成层，用户界面层基于可视化操作界面向代码生成层提供模型；代码生成层用于对模型进行解析，其中用户界面层包括用于图形化建模的图形编辑器和作为生成代码框架修改环境的代码编辑器，代码生成层包括算法骨架模块、模型验证模块和代码生成模块，算法骨架模块用定义模式的属性集的方法来描述相应模式的特征和行为，将设计模式进行再次的封装，提供程序框架；模型验证模块用于在代码生成前对模型的逻辑正确性进行验证，以确保生成代码的有效性，代码生成模块用于根据用户需求不同调用不同的并行标准库。

该系统还包括并行设计标准库，所提供的模型根据用户的需要通过对已有的并行设计标准库进行调用。

在该系统中定义一组用来刻画模型的构造块，该构造块由在不同模型间被重复使用的基本元素定义。