【摘 要】
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近些年来,全球变暖在灾害的频度和强度方面的影响均有所增加,发展高精度的地球系统模式对于预测恶劣气候、减少极端天气带来的负面影响具有重要意义。随着模式的精度越来越高
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近些年来,全球变暖在灾害的频度和强度方面的影响均有所增加,发展高精度的地球系统模式对于预测恶劣气候、减少极端天气带来的负面影响具有重要意义。随着模式的精度越来越高,模式的分辨率以及模拟进程数也随之增加,虽然随着大规模超级计算机等的发展,高性能计算得到了长远的进步;然而模式的I/O部分仍然会占用较多的运行时间和资源,从而影响程序运行效率。针对地球系统模式存在的普遍I/O问题,本文全面分析当今几种主流的I/O方法及I/O中间件,根据地球系统模式的典型I/O特点,以LICOM3(LASG/IAP Climate System Ocean Model Version 3)系统为研究对象,全面分析其I/O模块和存在的I/O瓶颈,实现了水平10公里分辨率下ADIOS(Adaptive I/O System)和MPI-IO两种并行I/O优化方案。对于ADIOS,本研究采用POSIX方法和MPI方法提升并行I/O性能,前者进程和输出文件是一一对应的关系,后者一个通信组内的进程对应一个输出文件。对于MPI-IO,本研究采用聚合I/O函数和文件视口与分布式数组相结合的方式提升I/O性能。此外,本文进一步在天河HPC2系统公网下进行大量测试,探究I/O性能的影响因素,从而提出适合地球系统模式通用的高性能I/O优化方案。实验表明:当进程数达到4K规模的时候,串行模式下I/O部分的占比高达50%;而在320-4400核数下ADIOS优化方案的I/O占比均不超过10%,写带宽最高可达56.74GB/s,MPI-IO优化方案I/O占比均不超过25%。两种I/O优化方案的性能均显著优于串行I/O访问模式。
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