CN116244050B - 一种基于高响应比的气动特性算例调度方法 - Google Patents

一种基于高响应比的气动特性算例调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于高响应比气动力特性算例的调度方法，包括以下步骤：获取待计算算例，待计算算例包含自动获取待计算算例和手动获取待计算算例，自动获取待计算算例是通过自动执行定时任务进行查询获取，获取后排列到后备队列头部，手动获取待计算算例排列到后备队列尾部；后备队列准备，将获取的待计算算例批量插入Redis，形成后备队列，并在算例进入后备队列过程中，对每个算例赋值开始等待时间；就绪队列准备，就绪队列定时把后备队列的部分算例获取出来，经过高响应比和二次计算后形成最终就绪队列；输出队列准备，当输出队列分发完后，从就绪队列获取整体就绪队列，作为输出队列，进行计算节点分发。

Description

一种基于高响应比的气动特性算例调度方法
技术领域
本发明涉及航空航天气动特性领域，具体涉及一种基于高响应比的气动特性算例调度方法。
背景技术
多年来，随着气动力、燃烧学科的研究深入，在空气动力领域和燃烧领域产生了种类繁多、数量众多的场景模拟数值算例。针对众多算例的演算，算例迭代版本的测试也越来越频繁，对硬件资源要求和算力要求也越来越高。
随着计算机硬件日新月异的发展，CPU、GPU等处理器单元的计算能力越来越强，也出现了很多每秒可进行百亿亿次数学运算的超级计算机。但是，并非任何机构都能用上高算例硬件资源，而随着工业的快速发展和科研的迫切需要，计算任务的需求、量级还在继续呈几何增长。合理分配计算机资源、调度计算任务，提高测试效率，增加硬件资源的合理利用率，仍然是技术人员需要考虑的问题。计算机集群及高性能节点虽自身有一定的调度策略和方法，但总有部分遗漏和浪费，且如有某一算例持续进行计算，导致整体任务无法完成，也可能导致后续算例无法进行调度，白白浪费资源使用时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种基于高响应比气动力特性算例的调度方法，该方法为将算例下发到高性能计算节点中运算前的调度问题，对队列进行多级缓存分离，利用高响应比方法进行计算，通过二次计算对就绪队列进行优先级排序，让能够快速计算的算例优先计算，每次批量分发到计算节点的算例尽可能的全部占用计算节点资源。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下方式来实现：
一种基于高响应比气动力特性算例的调度方法，所述调度方法包括以下步骤：
步骤S1、获取待计算算例，所述待计算算例包含自动获取待计算算例和手动获取待计算算例，自动获取待计算算例是通过自动执行定时任务进行查询获取，获取后排列到后备队列头部，手动获取待计算算例排列到后备队列尾部；
步骤S2、后备队列准备，将步骤S1获取的待计算算例批量插入Redis，形成后备队列，并在算例进入后备队列过程中，对每个算例赋值开始等待时间；
步骤S3、就绪队列准备，所述就绪队列定时把步骤S2中后备队列的部分算例获取出来，经过高响应比和二次计算后形成最终就绪队列；
步骤S4、输出队列准备，所述输出队列将就绪队列整体从Redis取出并存放在系统内存中的数组队列，进行计算节点分发。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下分步骤：
步骤S31、定时任务先扫描就绪队列，判断就绪队列是否分发完成；若未分发完成，则继续等待；若分发完成，则获取一部分后备队列到系统内存进行计算；
步骤S32、对系统内存的算例列表进行高响应比计算，其计算公式为：
步骤S33、对进行过高响应比的队列进行二次计算，确定最终就绪队列。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
通过Redis缓存队列，提高了数据的读写效率，对正在排队的待计算算例进行队列分离，定期提取一定量的后备队列算例，便于数据提取；进行高响应比及二次计算后的综合就绪队列，即同一时间分发的算例计算复杂度相当，综合计算时间相当，能最大限度在同一阶段使用计算节点资源，避免某一算例长时间阻塞占用某一计算节点资源。利用高响应比作为队列顺序的一序，当作业的等待时间相同时，要求服务时间越短，响应比(优先级)越高，有利于短作业；当要求服务时间相同时，作业的响应比(优先级)由其等待时间决定，等待时间越长，其响应比(优先级)越高；对于长作业，作业的响应比(优先级)随等待时间的增加而提高，当其等待时间足够长时，可获得处理机，即本系统采用这种算法依然遵循先来先服务的原则，但同时加入算例所导致的等待时间越长,其响应比就越高,当一个进程等待的时间延长时,它的响应比会迅速攀高,最终成为最高的响应比,因此具有最有先被选择运行的权利。
附图说明
图1为本发明调度方法的具体步骤流程图。
图2为本发明调度方法的具体内部调用流程图
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～2所示，
一种基于高响应比气动力特性算例的调度方法，所述调度方法包括以下步骤：
步骤S1、获取待计算算例，所述待计算算例包含自动获取待计算算例和手动获取待计算算例，自动获取待计算算例是通过自动执行定时任务进行查询获取，获取后排列到后备队列头部，手动获取待计算算例排列到后备队列尾部；
其中，定时任务为进行长期定时执行的任务，如果任务关联算例对象指向不变，所取的算例对象为同一批算例，如只进行一次算例列表获取，则无需进行定时任务，直接使用手动执行任务获取。
步骤S2、后备队列准备，将步骤S1获取的待计算算例批量插入Redis，形成后备队列，并在算例进入后备队列过程中，对每个算例赋值开始等待时间；其中，Redis存取的仅为算例对象指向和算例相关参数指标，如算例id、等待时间、雷诺数、攻角、网格数等。
步骤S3、就绪队列准备，所述就绪队列定时把步骤S2中后备队列的部分算例获取出来，经过高响应比和二次计算后形成最终就绪队列；
系统内存有一个定时任务进行监听，每隔10min进行一次输出队列扫描，当输出队列内没有算例时，从Redis内拿到就绪队列放入输出队列。同时，开启下一轮后备队列数据获取，并放入内存进行计算。如第一次或计算过程中，就绪队列内没有数据，则等待就绪队列计算完成后，放入输出队列，继续进行下一轮就绪队列准备。
步骤S4、输出队列准备，所述输出队列将就绪队列整体从Redis取出并存放在系统内存中的数组队列，进行计算节点分发。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下分步骤：
步骤S31、定时任务先扫描就绪队列，判断就绪队列是否分发完成；若未分发完成，则继续等待；若分发完成，则获取一部分后备队列到系统内存进行计算；
其中从后备队列获取数据根据以下方式：若后备队列算例数量不超过100条，则每次获取20条；若后备队列算例数据超过200条且不超过500条，则每次获取50条；若后备队列算例数据超过500条，则每次获取100条；若后备队列数据超过1000条，每次获取200条。
步骤S32、对系统内存的算例列表进行高响应比计算，其计算公式为：
其中，等待时间(wait)是作业等待系统响应的时间，即算例进入后备队列开始时间到进入计算时所产生的时间；要求服务时间(serve)是计算任务时所需要花费的时间，本发明为算例任务配置参数。对高响应比调度算法进行分析：
1)当等待时间>>要求服务时间时，此时有：即等待时间成为响应比(优先级)的关键评价指标，高响应比调度算法退化为先来先服务算法；
2)当作业刚进入作业队列时，此时有：即要求服务时间成为响应比(优先级)的关键评价指标，高响应比调度算法退化为短作业优先算法。
步骤S33、对进行过高响应比的队列进行二次计算，确定最终就绪队列。
所述步骤S33中的二次计算为CFD复杂度调节因子计算，其计算公式为：
Cx＝f1(0.1rη，0.1rM，0.4rGN，0.4rIS) (2)
其中，M为马赫数、η为总攻角、GN为网格数、IS为计算迭代总步数；每个计算结果前面的系数为气动特性参数结果权重，结果权重的由来为数值计算模拟参考所定义的权重。
rη＝|η/180|将总攻角划分为180度，左右相等；
rM＝M马赫数值较小，直接采用马赫数值作为计算结果；
rGN＝GN/(计算节点CPU平均核心频率(GHz)*核数*106)
因网格总量多少与算例CFD复杂度调节因子呈正相关，同一算例的CFD复杂度调节因子与计算机CPU总量和核心频率呈负相关，对计算结果进行如下处理：
若计算结果小于1，则取值为1，排在队首；
若计算结果1～1000，则正常返回；
若计算结果大于1000，则直接取1001，排在队尾。
rIS＝IS/(计算节点CPU平均核心频率(GHz)*计算节点内存(GB)*10)
迭代步数总量多少与算例CFD复杂度调节因子呈正相关，同一算例的CFD复杂度调节因子与计算机CPU平均评率和内存大小呈负相关，对计算结果进行如下处理：
若计算结果小于1，则取值为1，排在队首；
若计算结果1～1000，则正常返回；
若计算结果大于1000，则直接取1001，排在队尾。
针对本发明而言，网格数(Grid Numbers，GN)对于CFD的每一个数学运算都会作用在每一个网格上，算例的时间复杂度与网格数成正相关，网格越多，计算量就会越多；即：T∝GN。对于附着流动，其计算结果一般为定常，因此计算量较小；而对于分离流动，其计算结果一般为非定常，计算量会较大。一般来说，定常计算依靠迭代来实现收敛，迭代步数(Iteration Step，IS)越多，计算时间越长；即：T∝IS。
同时，算例的复杂度与算例中一些参数有关，主要影响由网格数和计算迭代总步数强相关，所以权重较大；气动特性参数总攻角η，马赫数M有一定关系，若某算例没有攻角或者没有马赫数，则该参数不参与计算。
以上所述仅是本发明的实施方式，再次声明，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进，这些改进也列入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于高响应比气动力特性算例的调度方法，其特征在于：所述调度方法包括以下步骤：
步骤S1、获取待计算算例；
步骤S2、后备队列准备；
步骤S3、就绪队列准备；
步骤S4、输出队列准备，所述输出队列将就绪队列整体从Redis取出并存放在系统内存中的数组队列，进行计算节点分发；
所述步骤S3中就绪队列定时把步骤S2中后备队列的部分算例获取出来，经过高响应比和二次计算后形成最终就绪队列；
所述步骤S3具体包括以下分步骤：
步骤S31、定时任务先扫描就绪队列，判断就绪队列是否分发完成；若未分发完成，则继续等待；若分发完成，则获取一部分后备队列到系统内存进行计算；
步骤S32、对系统内存的算例列表进行高响应比计算，其计算公式为：
步骤S33、对进行过高响应比的队列进行二次计算，确定最终就绪队列；
所述二次计算为CFD复杂度调节因子计算，其计算公式为：
Cx＝f1(0.1rη，0.1rM，0.4rGN，0.4rIS) (2)
其中，M为马赫数、η为总攻角、GN为网格数、IS为计算迭代总步数；
rη＝|η/180|，
rM＝M，
rGN＝GN/(计算节点CPU平均核心频率*核数*106)，
若计算结果小于1，则取值为1，排在队首；
若计算结果1～1000，则正常返回；
若计算结果大于1000，则直接取1001，排在队尾；
rIS＝IS/(计算节点CPU平均核心频率*计算节点内存*10)，
若计算结果小于1，则取值为1，排在队首；
若计算结果1～1000，则正常返回；
若计算结果大于1000，则直接取1001，排在队尾。
2.如权利要求1所述的一种基于高响应比气动力特性算例的调度方法，其特征在于：
所述步骤S1中待计算算例包含自动获取待计算算例和手动获取待计算算例，自动获取待计算算例是通过自动执行定时任务进行查询获取，获取后排列到后备队列头部，手动获取待计算算例排列到后备队列尾部。
3.如权利要求1所述的一种基于高响应比气动力特性算例的调度方法，其特征在于：
所述步骤S2具体是：将步骤S1获取的待计算算例批量插入Redis形成后备队列，并在算例进入后备队列过程中，对每个算例赋值开始等待时间。
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