RTSV具有高交互性能的并行分布式可视化系统.docVIP

RTSV：具有高交互性能的并行分布式可视化系统 曹 轶1,2 姚彦忠1,2 1（北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室，北京8009信箱，100088） 2（中国工程物理研究院北京研究生部，北京2101信箱，100088） 摘 要：本文介绍了一个针对大规模三维数据场的并行分布式计算可视化系统RTSV。为了提高交互式计算的性能，系统在计算端通过MPI并行模式加速可视化计算；在数据通信时使用MPI并行化的CORBA中间件连接并行计算节点和远程客户端；客户端与服务器的信息交互主要基于CORBA命名服务和事件服务。应用Push-Push模型,各个计算节点可以主动挑选时机发送数据到客户端，以保证计算与显示的可交互性。 关键词：科学计算可视化；高性能计算；CORBA；中间件 1．引言1 针对大规模三维数据场的计算与绘制一直是科学计算可视化领域的一大挑战，在我们目前的工作中，单时刻科学数据已经达到百兆字节的级别，如何克服交互绘制的延迟已是突出面临的一个问题。我们开发了包括直接体绘制和间接体绘制在内的针对三维数据场的并行计算绘制程序，希望借助高性能的计算服务器来提高体绘制的速度。但是高性能计算服务器没有图形硬件模块，这为交互体绘制造成了障碍；另一方面，高速内部网络和具备图形硬件的PC终端日益成熟与完善，使得远程计算可视化的发展具备可行性。本文将介绍一个灵活可扩展的远程可视化系统，它结合并行可视化计算和远程绘制显示，充分利用了并行CORBA的特性，具备高效的数据交互性。 2．RTSV远程可视化系统的设计 RTSV（remote tracking and steering visualization）系统[1,2]是一个针对科学计算领域的数值模拟研究平台，它具有分布式的跟踪驾驭和数据可视化的功能，能够采用动态耦合的方式整合各种科学计算程序。RTSV系统是基于面向对象语言C++编制的，构建于MPI、CORBA和OpenGL三种开放源代码库基础上。本文中RTSV系统被用来对三维并行数值模拟程序进行远程的跟踪驾驭，并在本地客户端进行绘制显示，图1是系统的信息交互示意图。RTSV属于一个开放的分布式计算系统，它的信息交互基础是CORBA服务。使用CORBA命名服务，并行节点与客户端之间的连接只需进行一次即可永久保持；利用CORBA事件服务能提供异步通信功能。结合使用这两种CORBA服务，就可以获得很好的远程交互特性。我们同时对CORBA进行了并行化的扩展，使得并行计算程序的每个并行节点都可以独立使用命名服务与事件服务与远程客户端进行交互与通信。 图1 RTSV系统的分布式信息交互示意图 2.1 命名服务的应用 RTSV是具有分布式特性的系统，在异构型网络中的对象所处位置分散，系统环境各不相同，要想迅速定位并调用这些对象，必须使用动态程序耦合方式。命名服务是基本的CORBA标准服务，它提供了分布式环境所需要的程序动态耦合机制。其原理是提供从变量名到对象引用的映射，即给定一个名字，服务就返回存储在该名字下的对象引用。命名服务的工作流程分为两个部分：名称的绑定和名称的解析。在名称绑定端，建立一个命名上下文；在名称解析端，应用程序返回存储在命名图中对应某个名称的对象引用，从而可以定位该对象并调用之。在RTSV程序设计中，将各计算模块、数据收发模块对象加入到命名上下文中，就可以在客户程序运行中动态地得到这些对象的引用。在局域的分布式系统中，这种方法可以实现一个高效的对象引用服务，适用于短小信息的传递。RTSV的客户端控制信息向计算服务器的传送都是通过命名服务完成的。 2.2 事件服务的应用 在RTSV系统远程分布的计算端和显示端之间，存在着两类信息的通信，它们是来自客户端的交互控制信息和来自计算端的数据结果。交互控制信息的信息量通常短小，适宜采用命名服务机制实现。而数据结果的传输量可能会非常大，如果采取同步通信的方式，会引起传输发起者（计算端）和接收者（客户端）之间的相互等待，影响各自的交互效率。RTSV系统中的大数据传输采用了CORBA事件服务。CORBA事件服务机制，允许程序通过使用解耦通信的模式来克服客户到服务器的同步请求通信的严格限制。在同步请求模式下，需要客户端对服务器进行请求，并在发送请求后进入等待，期望服务端回复。而在事件服务模型中，没有服务器和客户端的绝对界限，取而代之的是提供者和消费者。提供者制造事件，消费者接受事件，提供者和消费者都连接到事件通道上。事件通道负责将事件从提供者传送给消费者，提供者无需知道消费者是谁。事件通道通过提供Push和Pull事件模型，使提供者和消费者可以采取主动或被动的方式进行事件通信。由于提供者和消费者被事件通道隔离开来，所以整个通信过程可以模拟异步通信模式运行。在RTSV系统中，事件通道被应