一、時(shí)移地震油藏監(jiān)測(cè)技術(shù)與并行計(jì)算
時(shí)移地震油藏監(jiān)測(cè)技術(shù)是在油藏生產(chǎn)過(guò)程中，在同一油氣田不同的時(shí)間重復(fù)進(jìn)行地震測(cè)量，地震響應(yīng)隨時(shí)間的變化可以表征油藏性質(zhì)的變化。通過(guò)特殊的四維地震處理技術(shù)，差異分析技術(shù)和計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)來(lái)描述油藏內(nèi)部物性參數(shù)的變化和追蹤流體前緣。隨著油田勘探開(kāi)發(fā)的深入，資料的數(shù)據(jù)量和處理量越來(lái)越大，資料要進(jìn)行大規(guī)模并行處理已成為人們的共識(shí)。在同等情況下，時(shí)移地震油藏監(jiān)測(cè)要處理的數(shù)據(jù)量是一般勘探方法的三倍。所以，時(shí)移地震油藏監(jiān)測(cè)中高性能的計(jì)算變得越來(lái)越重要，并行處理的要求更加迫切。
時(shí)移地震油藏監(jiān)測(cè)正演模擬通常由聲波方程或彈性波方程的有限差分?jǐn)?shù)值模型近似其縱波方程。對(duì)于有限差分的并行實(shí)現(xiàn)，可以采用數(shù)據(jù)并行來(lái)實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。即將問(wèn)題空間分成同樣大小的子區(qū)，分別由不同的集群節(jié)點(diǎn)完成對(duì)它們的計(jì)算。分區(qū)的前提是對(duì)于每個(gè)網(wǎng)格的計(jì)算操作都是相同的。分區(qū)的原則是在微機(jī)集群中均勻分配任務(wù)和數(shù)據(jù)。
時(shí)移地震油藏監(jiān)測(cè)資料處理要經(jīng)過(guò)面元重置、互均衡處理、一致性分析、差異分析等許多環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)中涉及各種變換以及相關(guān)分析等數(shù)學(xué)運(yùn)算，它們本身可以進(jìn)行并行計(jì)算，其變換域的數(shù)據(jù)往往也適合并行處理。
二、計(jì)算機(jī)集群與Java技術(shù)
為解決網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)異構(gòu)性問(wèn)題，目前的趨勢(shì)是分布技術(shù)和并行技術(shù)的結(jié)合。集群是分布式并行計(jì)算系統(tǒng)的一種類型，它是由一組完整的計(jì)算機(jī)互連而成的，能作為一個(gè)單獨(dú)的統(tǒng)一計(jì)算資源來(lái)使用。集群系統(tǒng)將多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)高速局域網(wǎng)相互連接起來(lái)，配備一定的并行支撐軟件，形成一個(gè)松散耦合的并行計(jì)算環(huán)境，協(xié)同地并行求解同一個(gè)問(wèn)題。隨著網(wǎng)絡(luò)和低檔計(jì)算機(jī)的性能不斷提高而價(jià)格不斷下降，使用一組在結(jié)構(gòu)和性能上互異的計(jì)算機(jī)組成集群進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算已成為當(dāng)前超級(jí)計(jì)算的重要發(fā)展方向。
典型的集群并行計(jì)算編程環(huán)境有消息傳遞界面MPI、并行虛擬機(jī)PVM和數(shù)據(jù)并行編程語(yǔ)言HFP。另外，Java技術(shù)在并行計(jì)算方面有著獨(dú)特的特點(diǎn)：①Java具有平臺(tái)獨(dú)立性，它支持在分布計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算，每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以使用不同的平臺(tái)，Java可以作為底層平臺(tái)在微機(jī)集群上進(jìn)行高性能計(jì)算。②Java除了支持以Java遠(yuǎn)程方法調(diào)用（RMI）為基礎(chǔ)的Java分布對(duì)象模型，還支持通用的CORBA模型。③Java支持并行編程模型，有的模型被包括在Java開(kāi)發(fā)工具（JDK）中（如Java線程API），有的是JDK之外的（如JavaSpace）；另外，還有MPI和PVM的Java實(shí)現(xiàn)——JMPI和JPVM。④Java可以進(jìn)行基于Web的并行計(jì)算。
Java的引入給分布式并行計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了一些新特點(diǎn)。Java是面向網(wǎng)絡(luò)的跨平臺(tái)語(yǔ)言, 移植性、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和安全問(wèn)題是該語(yǔ)言本身的特征。對(duì)分布式問(wèn)題，Java在語(yǔ)義上提供了更為簡(jiǎn)潔清晰的描述。用Java來(lái)構(gòu)造系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)上更符合網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。
三、Java并發(fā)處理技術(shù)
Java在語(yǔ)言級(jí)通過(guò)使用線程來(lái)支持并發(fā)處理機(jī)制。在Java之前的大多數(shù)編程語(yǔ)言只能通過(guò)直接訪問(wèn)操作系統(tǒng)的特定庫(kù)，才能實(shí)現(xiàn)并發(fā)處理。這種方式的缺點(diǎn)是，一方面使對(duì)并發(fā)處理變得非常困難，另一方面使得移植到其他平臺(tái)成了一件不可能的事情。Java不僅在語(yǔ)言級(jí)實(shí)現(xiàn)了和平臺(tái)無(wú)關(guān)的并發(fā)處理支持，而且還讓編程變得非常簡(jiǎn)單。
Java并發(fā)處理機(jī)制的核心是java.lang.Thread類。通過(guò)這個(gè)類我們可以啟動(dòng)、中斷、喚醒、減慢、加速和終止一個(gè)線程。此外，Java語(yǔ)言中還提供其他有用的方式，例如Runnable接口等，幫助我們使用這種類。另外在基類java.lang.Object類里也提供了一些方法用來(lái)支持線程的使用。此外，Java語(yǔ)言中還有synchronized和volatile兩個(gè)關(guān)鍵字用于支持并發(fā)處理，所有這些都是語(yǔ)言本身不可分割的一部分。
在Java語(yǔ)言中有兩種創(chuàng)建一個(gè)新線程的方式。其中比較簡(jiǎn)單的一種方式是通過(guò)從Thread類派生一個(gè)子類，然后通過(guò)創(chuàng)建該子類的實(shí)例創(chuàng)建新線程。繼承的子類必須實(shí)現(xiàn)run()方法。這個(gè)方法將被系統(tǒng)調(diào)用，在這個(gè)方法中指定新線程中要執(zhí)行的方法內(nèi)容。可以說(shuō)run()方法代表了這個(gè)線程的根本方法。創(chuàng)建了一個(gè)實(shí)例以后，再調(diào)用它的start()方法，這時(shí)將會(huì)導(dǎo)致從系統(tǒng)中分離出一個(gè)新的線程，并且新線程里的run()方法開(kāi)始有機(jī)會(huì)執(zhí)行。需要傳給新線程的參數(shù)不能通過(guò)run()方法傳遞，而是通過(guò)派生的Thread類的子類的構(gòu)浩函數(shù)來(lái)傳遞。第一種方法使用的是繼承方式，而Java又只支持單重繼承，因此創(chuàng)建線程就需要有第二種變通的方式來(lái)避免直接繼承Thread類。不過(guò)為了讓系統(tǒng)知道要執(zhí)行什么操作，新的線程需要有一個(gè)提供了run()方法的類，這個(gè)類可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的方式達(dá)到要求。Runnable接口標(biāo)志著這個(gè)類是一個(gè)提供run()方法的類，這樣線程就可以調(diào)用它。在創(chuàng)建一個(gè)線程的時(shí)候就可以將這個(gè)類的實(shí)例傳給Thread類的構(gòu)造方法。通過(guò)這種方式，就可以將一個(gè)線程指定到可以繼承任意類的一個(gè)類中。
四、Jini技術(shù)和JavaSpace技術(shù)
Jini是分布式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的一種，它利用Java構(gòu)建分布式系統(tǒng)的中間件。Jini的基礎(chǔ)是Socket和遠(yuǎn)程方法調(diào)用（RMI）的分布式計(jì)算機(jī)制。我們可以借助于Jini，創(chuàng)造出一個(gè)富有彈性、容易管理且可隨時(shí)隨地使用各種服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境。
Jini的體系結(jié)構(gòu)是由基礎(chǔ)建設(shè)（infrastructure）、程序設(shè)計(jì)模型（programming model）、服務(wù)（services）三方面所構(gòu)成。
Jini基礎(chǔ)建設(shè)的核心包含以下幾個(gè)部分：（1）Discovery Protocol：提供了如何讓網(wǎng)絡(luò)上任何種類的資源加入聯(lián)盟的方式。（2）eXtended RMI：Jini的元件彼此溝通時(shí)所使用的機(jī)制。（3）Distributed Security：定義了Jini 聯(lián)盟成員的使用權(quán)限。（4）Lookup Service：用來(lái)展現(xiàn)聯(lián)盟中的所有成員，以及幫助使用者尋找網(wǎng)絡(luò)資源，或者負(fù)責(zé)提供聯(lián)盟中的資源給使用者使用。
Jini提供一些分布式的程序設(shè)計(jì)模型，而Jini的基礎(chǔ)構(gòu)造，就是利用這些模型來(lái)組合。模型所提供的界面（Interface）包括以下幾個(gè)類型：（1）Leasing Interface：負(fù)責(zé)管理對(duì)象被使用的時(shí)間。（2）Two Phase Commit Interface：是一個(gè)輕量級(jí)的（light-weight）、面向?qū)ο蟮模╫bject-oriented）界面。負(fù)責(zé)管理分布式事務(wù)處理（transaction），如roll back、roll forward等。（3）Events Interface：在分布式計(jì)算的環(huán)境中，必須確保程序執(zhí)行的先后順序，利用事件的觀念可以幫助我們解決這個(gè)問(wèn)題。
有了Jini的架構(gòu)以及程序設(shè)計(jì)模型后，我們可以利用這些技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)管理網(wǎng)絡(luò)資源的服務(wù)，以促進(jìn)分布式計(jì)算的發(fā)展。
JavaSpaces是用Jini所發(fā)展的技術(shù)，并且通過(guò)RMI進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，一般應(yīng)用在N層（n-tiers）架構(gòu)的中間層（middle tiers）。JavaSpaces雖然能提供需求者與供應(yīng)者之間查詢與溝通的機(jī)制，但它并不是資料庫(kù)，而是以簡(jiǎn)單的messaging system為基礎(chǔ)，進(jìn)而提供更強(qiáng)大的功能。
Jini提供了在分布式環(huán)境中尋找（look-up）、注冊(cè)（registration）、租借（leasing）等功能。而JavaSpaces則負(fù)責(zé)管理分布式對(duì)象的處理程序（processing）、共享（sharing）、以及流通（migration）等。因此Jini與JavaSpaces彼此存在著相互合作的關(guān)系。簡(jiǎn)單地說(shuō)，JavaSpaces就好像網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)市場(chǎng)，它提供一個(gè)簡(jiǎn)單、快速、統(tǒng)一的界面，讓網(wǎng)絡(luò)上分布的資源可以被分享、協(xié)調(diào)與流通。