[发明专利]一种面向Xdraw可视性分析并行计算的容错方法

说明书

技术领域

本发明属于并行计算系统容错和地形可视性分析的技术领域，涉及利用冗余计算的主从计算模式对Xdraw可视性分析算法进行检错和恢复，特别提出一种面向Xdraw可视性分析并行计算的容错方法。

背景技术

并行计算系统的容错处理是一个不容忽视的问题。当系统设计到大量的计算节点或处理器时，由故障引起的各种错误难以避免。特别是对于具有大规模长时间进行计算的应用，如地理可视域分析计算，其错误可能会导致计算任务无法正常进行。一个容错的并行计算系统是指在出现逻辑故障的情况下仍然能够正确的执行计算任务。

近年来，随着系统结构的复杂性增加，半导体制造工艺的发展，线宽的降低以及集成度的提高，从用户桌面系统到分布式计算环境，乃至大规模并行计算机系统，功耗和可靠性问题都日渐突出。计算机系统的可靠性反映了系统为用户提供预定服务的能力，可靠性的高低与系统故障率紧密相关。容错技术的目的在于降低计算机系统的故障率，或者在一定故障率的前提下，提高系统能正确提供服务的概率。

容错技术虽然多样，但具有一个共同的本质，就是进行一定程度的冗余计算。所谓冗余计算是指在对关键任务进行多副本的同步计算。最基本的冗余包括时间冗余和空间冗余。时间冗余直观地讲就是复算(re-compute)，包括重复进行的计算和重复进行的通信，以及对多次计算结果的比较。空间冗余又可以细分为软件冗余、硬件冗余和信息冗余。软件冗余就是设置冗余的软件模块；硬件冗余就是设置冗余的硬件部件；而信息冗余就是通过使用附加的数据来描述某些内部状态，通过对这些附加数据的考察就可以实现检错和容错。

通过对现有的研究工作分析研究发现，目前国内外已有的并行计算系统的成果主要基于硬件冗余和软件冗余机制，且主要用于故障检测，而针对故障恢复机制的研究还很少。当前主流的软件容错策略面向时间冗余的方法，导致计算失败的节点需要重新进行任务恢复。

地理可视性分析是一个数据密集型和任务密集型的长时间运行的应用问题。

地理可视性分析是指基于视线计算地形上指定的一个观察点能否看到地形上另外一个目标点，而地形可视域分析是指该观察点能够看到的地形上目标点的集合。

Xdraw是一个离散的可视域分析算法，是由Franklin等人提出的。Xdraw算法的原理是，通过计算观察点与目标点的视线与该目标点前一层上与目标点相近的两个参考点的相交点，并通过插值得到该交点的可视高程值。如果目标点的高程值大于等于该交点的可视高程值，则目标点是可视的，否则不可视。Xdraw算法以观察点为中心从内到外逐层循环计算每个格网单元的可视性，最终得到多个地形上的可视区域，称为可视域。如图1所示，O为观察点，要计算目标点P的可视性，首先确定点P的前一层上，在与视线OP比较近的两个参考点r1p和r2p。视线OP和直线r1pr2p的交点的可视高程值可由r1p和r2p的可视高程值插值得到，然后由视线插值得到目标点P的可视高程值。最后，通过目标点的可视高程值与目标点P的实际高程值进行比较来确定P的可视性，若目标点P的实际高程值大于等于其可视高程值，则点可视，否则不可视。同时，若点P是可视的，则点P的可视高程值为P的高程值，否则点P的可视高程值为插值得到的高程值，其用于计算后面的单元点的可视性。

为了实现Xdraw算法的并行化，早期的做法是将DEM(digital elevation model)数据区域划分成八个45°角三角形区域，使得每个三角形区域保持独立，因而可以实现数据并行计算。Xdraw算法通过由视点逐渐向外的矩形环来近似确定每个单元的可视性。以视点为中心，地形被拆分为八个规格的三角形区域。各个区域的数据基本独立，不存在数据依赖，便于数据分发和并行计算。基于等角度的区域划分，对于视点为地形的中心是可行的，可以保证数据区域的均衡性。但对于视点不在区域的中心时，等角度的区域划分导致数据不均衡。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了，一种面向Xdraw可视性分析并行计算的容错方法，包括基于两种调度策略的冗余计算方法和基于回滚与复算技术的错误纠正方法。

为实现上述技术目的，本发明采取具体技术方案为，一种面向Xdraw可视性分析并行计算的容错方法，包括如下步骤：步骤一、主进程读取外部数据文件，

获取地形区域参数；

步骤二、主进程根据指定的观察点坐标，将地形区域划分成若干个等面积的三角形，并计算每个三角形的参数；

步骤三、主进程分别将观察点数据和每个三角形的参数发送到主计算进程与从计算进程；