短程力分子模拟在Hadoop上的实现及优化＊

焦善飞，何 晨，豆育升，唐 红

（1.重庆邮电大学计算机科学与技术学院，重庆 400065）；2.重庆邮电大学高性能计算与应用研究所，重庆 400065）

1 引言

Hadoop是目前比较流行的开源分布式计算框架，它大大简化了并行程序的设计和开发，使开发者集中精力分析复杂的应用，摆脱并行化过程中的各种困扰。传统的分子动力学模拟研究一般是基于MPI、OpenMP 或Condor网格平台，在可靠性、可扩展性、容错性和动态负载均衡方面均有所欠缺。在传统平台上，个别节点死机时有发生，所有运行的作业都将会受到影响，平台本身缺少自动重新调度子任务的机制，无法在单步内对每个计算节点容错，也不容易在各节点上实现动态负载均衡，以充分利用有限的硬件资源。因此，在Hadoop云计算平台上运行分子模拟程序，具有克服传统平台固有的缺陷、节省各种软硬件投资和缩短模拟时间等意义。

本文在深入研究Hadoop框架及其相关原理的基础上，结合计算化学相关理论，将需要大量计算的短程力有效的分子动力学模拟应用到这种新型平台上来。本文在使用分子动力学模拟常用并行算法，即原子分解法的基础上，提出了三种可行方案并主要实现和测试了其中的“读写HDFS 同步法”，克服了Hadoop实现科学计算类应用的难点——全局通信、同步方式和快速迭代，达到优化模拟、克服传统平台的缺点和提高硬件资源利用率等目的，丰富了Hadoop 在科学计算领域中的应用。

2 云计算和Hadoop

云计算［1］是并行计算、分布式计算……