[发明专利]基于CPU和MIC协同计算的最短路径规划并行化方法

权利要求书

1.基于CPU和MIC协同计算的最短路径规划并行化方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、全网节点最短路径规划并行化设计，在N个节点构成的路网图中，将每个节点相对全网其他节点基于Dijkstra算法的最短路径规划定义为一个不可再分的单元，每个单元任务的执行都通过一个线程去完成，N个节点构成的路网图就有N个单元任务需要完成；

S2、CPU与MIC控制线程，针对每一个计算设备创建一个pthread线程，其中一个计算设备定义为节点内所有CPU硬件线程或是一块MIC卡；

S3、CPU与MIC之间任务包调度，采用动态的任务分发模式来分发CPU与MIC之间的任务包；

S4、完成所有节点计算，控制线程退出；

S5、MIC数据输出的IO隐藏，设计输出数据的IO隐藏，通过设计了两个缓冲区：Buff1/Buff2来隐藏IO通信与计算，每台MIC计算设备都有自己对应的两个缓冲区；

对于MIC0设备而言，当其将计算结果向Buff1填充时，MIC0的控制线程则会将Buff2的数据从MIC1设备的自由内存中拷贝到CPU的内存中，同理当MIC0在写Buff2时，其控制线程就将Buff1中的数据拷贝到CPU的内存中；

同时设计了输出缓冲区数据向CPU端结果存储内存区域下传完成信号，MIC在准备向某个缓冲区写入数据时会检查其是否可写，若是没有下传完成事件信号，则MIC等待该缓冲区下传完成。

2.根据权利要求1所述的基于CPU和MIC协同计算的最短路径规划并行化方法，其特征在于，步骤S1中，不论是CPU线程还是MIC线程，都将K个单元任务合成一个任务包交给CPU或MIC执行，CPU每次捕获的任务大小定义为：P*K，其中P为CPU的硬件线程数目；MIC每次捕获的任务大小为：Q*K，其中Q为MIC的硬件线程数目。

3.根据权利要求1或2所述的基于CPU和MIC协同计算的最短路径规划并行化方法，其特征在于，步骤S1中，还包括读入路网的数据，将硬盘上的路网数据读入程序空间，同时将网络数据转成邻接表形式存储。

4.根据权利要求1所述的基于CPU和MIC协同计算的最短路径规划并行化方法，其特征在于，步骤S2中，若有N块MIC卡则创建N+1个pthread线程，0到N-1线程一一对应控制N块MIC设备的计算任务分发与回收，第N线程控制CPU计算任务分发与回收；在每个pthread线程内部使用OpenMP来多线程化，根据程序执行所在设备的不同分别调用CPU版或是MIC版的OpenMP动态链接库。

5.根据权利要求1所述的基于CPU和MIC协同计算的最短路径规划并行化方法，其特征在于，步骤S3中，利用全局变量g_num来表征所有单元任务的数目，设N个节点构成的路网，g_num初始化值就为N，每个计算设备的控制线程负责为其计算设备捕获计算任务，控制线程分为两类：MIC控制线程和CPU控制线程。

6.根据权利要求5所述的基于CPU和MIC协同计算的最短路径规划并行化方法，其特征在于，控制线程对于计算任务的捕获通过加锁的方式实现：MIC线程每次加锁成功则截取Q*K大小的计算任务，全局变量g_num的相应自减Q*K的大小，CPU线程每次枷锁成功则截取P*K大小的任务，相应的g_num减去P*K；当g_num小于等于零时，两类控制线程退出，对于最后一次剩余任务书小于Q*K或是P*K时，相应线程没有计算任务的就空着运行，不执行实际有效的任务。

7.根据权利要求6所述的基于CPU和MIC协同计算的最短路径规划并行化方法，其特征在于，步骤S3中，动态的任务分发模式来分发CPU与MIC之间的任务包的具体方法为：任务调度是基于创建的控制线程来实现，并通过全局变量g_num来表征所要处理的资源数目，对于计算资源的动态分配通过互斥锁来完成，当某个MIC控制线程对于全局变量g_num加锁成功时，则会首先将g_num的值存到其局部资源变量中去，让后将g_num的值减去Q*K，最后解锁；当CPU控制线程加锁成功时，则会首先将g_num的值存到其局部资源变量中去，让后将g_num的值减去P*K，最后解锁。