基于Matlab多核并行集群搭建及性能分析

摘 要

為了充分利用多核處理器資源，本文在分析matlab并行計算工具箱中各部件關系的基礎上，利用windows環境實現了matlab多核并行計算集群的搭建，并通過實例，闡明了基于matlab的并行程序設計方法。經測試，并行化處理能有效利用資源優勢，縮短運行時間，對進一步研究各類并行處理有一定的指導意義。

【關鍵詞】多核集群 并行計算 PCT

1 多核集群概念

隨著計算機硬件技術的發展，處理器的性價比不斷提高，并行計算已逐漸由傳統的超級計算機轉移至擁有多個高性能節點的集群平臺上。集群是指可提供網絡資源的一組互連的計算機，每臺計算機為一節點由集群統一調度，作為一個并行計算機系統工作。從結構和節點通信方式理解，集群是一個分布式存儲系統，通過消息傳遞實現各主機之間的通信，由并行編程環境支持系統完成資源管理和相互協作。多核集群已成為當今公認的高效并行開發模型。隨著多核處理器的廣泛應用和集群系統的深入研究，以多核為單個節點的多核集群應運而生。多核集群可靈活的進行任務分解，具有良好的可移植性和擴展性。

2 Matlab并行機制

Matlab是用于算法開發、數據可視化、數據分析及數值計算高級技術的交互式環境。Matlab提供并完善了并行計算工具箱（Parallel Computing Toolbox）和MATLAB 分布式計算服務器功能（Distributed Computing Server），為用戶解決龐大計算、數據密集型問題。本文充分結合集群和Matlab兩者優勢， 構建Windows下進行并行計算環境。

并行計算集群中，將一個大規模的工作分解成若干小任務讓不同的計算機去處理，并將各處理機結果進行回收，從而提高計算效率。采用Matlab進行并行的集群環境，每臺節點機中都將啟動Matlab Parallel Computing Engine 服務，該服務能啟動參與計算的 worker 的 Matlab session 和管理各臺計算機 workers 的job manager。既而通過Job manager 對 workers 進行管理，給 workers分配計算任務，接收 workers 計算后的結果。client進行任務分解，交給job manager。jobmanager 根據 workers 的多少和空閑情況，給每個 workers分配任務，完成后再向job manager反饋結果。所有 workers 都完成任務后，client就可以從 job manager 里取回結果。

3 集群環境搭建

3.1 軟硬件環境

在本文配置的硬件環境中，使用交換機連接3臺獨立的PC機，計算機通過網線與交換機連接，將3臺PC機設置為同一網關內，保證局域網暢通互聯。3臺PC機配置如表1所示：

3.2 搭建與配置

在每一臺機器上安裝Matlab，運行Matlab并在MATLAB＼R2013a＼toolbox＼distcomp＼bin下開啟Matlab 分布式計算服務器（ MDCE） ：！mdce install 以及 ！mdce startk。PCT需要安裝在編寫應用程序的機子上。為了打開防火墻中Matlab分布式計算的對應端口，此時右鍵點擊左邊的addMatlabToWindowsFirewall.bat，選擇在Windows資源管理器中打開，以管理

員身份運行。所有將參與該計算集群或使用該計算群集功能的服務器和計算機都需要完成以上操作。

在MATLAB＼R2013a＼toolbox＼distcomp＼bin下，以管理員身份運行admincenter.bat文件，點擊Add or Find，依序完成測試、主機、作業管理器和節點等配置工作。節點數要不超過每臺PC處理器內核數。

4 實驗測試

針對Matlab平臺，對于繪制正弦曲線，將原來的串行算法做一些改變以適應數據的并行處理。具體過程如下：

（1）通過matlabpool open cluster；%開啟全部線程。這里進行了4線程、12線程測試。

（2）tic用來保存當前時間進行初始時間記錄，將可獨立的循環部分加入parafor。

（3）循環算法公式，繪制。

（4）使用toc來記錄程序完成時間記錄。

（5）關閉線程。

串行程序執行時間為：0.516591s，4workers時為0.2242606s，12workers時為0.127789s。

5 結語

本文通過在windows環境實現了matlab多核并行計算集群的搭建，分析了matlab的并行機制。通過實驗中程序串行執行和并行用時對比，體現出Matlab多核并行計算的優勢，為日后在此基礎上開展圖像處理并行化研究具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]劉維編著.實戰Matlab之并行程序設計[M].北京航空航天大學出版社，2012.

[2]姚尚鋒等.MATLAB并行計算解決方案[J].計算機時代，2016（09）.

[3]阮定益.并行式matlab平臺搭建[J].電腦知識與技術，2008（08）.

作者簡介

顧慧（1985-），女，講師。主要研究方向為并行計算、計算機教育。

作者單位

內蒙古師范大學網絡技術學院 內蒙古自治區呼和浩特市 010022endprint