1、長期以來，并行計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力持續(xù)遵循Moore定律快速增長，新的體系結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，但并行計(jì)算卻一直未能真正成為計(jì)算的主流。人們逐漸認(rèn)識(shí)到僅僅設(shè)計(jì)和建造并行硬件是不夠的，并行計(jì)算的真正挑戰(zhàn)在于支持并行程序設(shè)計(jì)的軟件?，F(xiàn)有并行程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)普遍存在抽象層次較低、程序開發(fā)困難的問題。并行程序與相應(yīng)并行算法描述相比往往要復(fù)雜得多，導(dǎo)致并行程序的可讀性和可擴(kuò)展性較差。同時(shí)，并行體系結(jié)構(gòu)的多樣性也造成了并行程序設(shè)計(jì)模型和軟件系統(tǒng)的多樣性，限制了并行

2、應(yīng)用程序的通用性和靈活性。因此，如何提高并行程序設(shè)計(jì)模型和相應(yīng)并行程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的抽象層次，支持通用并行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的開發(fā)，并最終提高并行程序開發(fā)的效率，成為并行計(jì)算中需要解決的關(guān)鍵問題。本文針對(duì)上述問題開展了以下研究工作： (1)消息傳遞并行程序設(shè)計(jì)模型研究針對(duì)現(xiàn)有消息傳遞系統(tǒng)抽象層次過低的問題，提出新的泛型面向?qū)ο笙鬟f接口——GOOMPI，創(chuàng)建了完整的數(shù)據(jù)劃分、序列化和傳輸框架，有效地解決了任意用戶自定義、復(fù)雜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

3、結(jié)構(gòu)和抽象數(shù)據(jù)類型的消息傳遞問題；設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于策略的多功能通信端口，提供流式接口和消息類型檢查機(jī)制，支持基于消息傳遞的并行算法到相應(yīng)并行程序的快速和直觀地映射；利用GOOMPI實(shí)現(xiàn)了若干典型的基于消息傳遞的并行算法，并與相應(yīng)的MPI實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了對(duì)比。 (2)共享存儲(chǔ)并行程序設(shè)計(jì)模型研究針對(duì)現(xiàn)有多線程程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的不足之處，提出新的并行多線程接口——PMT，在不依賴于語言擴(kuò)展和專用編譯器的前提下，實(shí)現(xiàn)直接面向多線程并行程序設(shè)計(jì)的

4、支持，包括并行任務(wù)的管理和線程池機(jī)制、各種并行執(zhí)行區(qū)域、并行循環(huán)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)度、各種支持并行訪問的共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等；利用PMT對(duì)C++標(biāo)準(zhǔn)模板庫中的若干數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法進(jìn)行了并行化。 (3)鎖無關(guān)的投機(jī)并行多線程研究討論了未來的多核體系結(jié)構(gòu)上基于事務(wù)性執(zhí)行的投機(jī)并行多線程技術(shù)一SPT/TX。由于目前尚沒有支持投機(jī)并行多線程的硬件產(chǎn)品，因此提出基于軟件的SPT/TX功能性模擬算法和正確性驗(yàn)證算法，并在此基礎(chǔ)上，提出利用二進(jìn)制代碼動(dòng)態(tài)

5、插樁技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于軟件的SPT/TX功能性模擬器和正確性驗(yàn)證器，有效支持了對(duì)SPT/TX技術(shù)的進(jìn)一步研究。 (4)統(tǒng)一架構(gòu)并行程序設(shè)計(jì)模型研究針對(duì)新型混合式并行體系結(jié)構(gòu)，提出融合了消息傳遞和共享存儲(chǔ)模型的新的統(tǒng)一架構(gòu)并行程序設(shè)計(jì)模型；基于GOOMPI和PMT，實(shí)現(xiàn)了原型系統(tǒng)——PARADE，支持統(tǒng)一架構(gòu)的分布式共享數(shù)據(jù)，并使用作用域行為對(duì)程序的數(shù)據(jù)共享進(jìn)化優(yōu)化。 (5)面向方面并行程序設(shè)計(jì)研究研究了新的面向方面程

6、序設(shè)計(jì)技術(shù)在并行程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用。提出泛型面向方面程序設(shè)計(jì)框架——AOP++，并在此基礎(chǔ)上嘗試對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)添加并行訪問支持和對(duì)串行算法進(jìn)行面向方面的并行化改造。 本文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新點(diǎn)有：(1)應(yīng)用新的程序設(shè)計(jì)技術(shù)提高并行程序的抽象層次針對(duì)傳統(tǒng)并行程序抽象層次過低的問題，本文將現(xiàn)代面向?qū)ο蟆⒎盒秃兔嫦蚍矫娉绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)綜合應(yīng)用于并行程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在不引入任何抽象開銷的前提下，顯著改善了并行程序的可讀性、可維護(hù)性和通用性，提高了其模

7、塊化程度。 (2)針對(duì)不同的并行體系結(jié)構(gòu)，分別提出高抽象層次的并行程序設(shè)計(jì)模型提出新的泛型面向?qū)ο笙鬟f接口——GOOMPI，成功解決了復(fù)雜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的劃分、序列化和傳輸問題；提出了基于策略的多功能通信端口，支持一致的流式接口；提出新的并行多線程接口——PMT，在程序庫一級(jí)實(shí)現(xiàn)了并行任務(wù)的管理、各種并行區(qū)域、循環(huán)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)度和各種共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 (3)提出統(tǒng)一架構(gòu)的并行程序設(shè)計(jì)模型提出統(tǒng)一架構(gòu)的并行程序設(shè)計(jì)模型，