来源公众号：comsol仿真交流
内存问题
前言
今天小编在推文里总结了一下，运行内存不够时到底怎么办？
如何处理内存不足的问题?
由于内存地址空间的限制，32位系统能够访问的存储容量有理论上限(物理内存RAM和虚拟内存)。当模型需要的存储容量超过理论上限时，即会出现“Out of memory"的错误信息。因此，推荐使用64位系统，理论上能访问的存储容量没有限制。
32位操作系统(如Windows XP)理论上可以管理4GB的内存，但是大部分情况下不管设置多大的交换空间，仅仅能有效调用1.5GB容量。在32位系统中要对操作系统做一些特殊的设置才能调用更多的内存。
01
增大有效内存
以下是几种增加求解器内存调用能力的方法：
①修改Java栈大小
Java栈通常将部分可用内存(包括物理内存和虚拟内存)保留用于后处理绘图，其余的内存用于网格剖分和求解。如果“内存不足”的对话框出现在求解过程中，可以尝试减少Java栈的大小。如果出现在后处理过程中，可增加Java栈。
Windows平台，修改COMSOL34/ bin/ comsol.opts文件，Sun/Linux/Mac OSX平台，修改COMSOL34/bin/comsol文件。将MAXHEAP=256m行修改为诸如MAXHEAP=128m，需要重启COMSOL才能使设置生效。
②运行客户机—服务器模式
通常，单独服务器的内存碎片较少，所以运行客户/服务器模式可以获得更好的效果。如果希望修改COMSOL服务器的Java栈大小，修改上述的文件中MAXHEAPSERVER行。
③运行COMSOL WITH MATLAB
同样的，在COMSOL WITH MATLAB运行模式下保存mph文件时出现内存不足的情况，修改MAXHEAPSERVER行。
④32位架构的虚拟内存和交换分区
使用硬盘交换技术时，系统交换分区文件增大，并使得操作明显变得迟钝。大部分情况下，不推荐使用硬盘交换技术。Windows XP中，系统初始化2GB的虚拟内存空间供用户使用，这些存储空间还会被其他共享库同时使用以致出现碎片。在Linux、Sun和Mac中，往往可以获得3~4GB的虚拟内存空间，而且不会出现碎片。
⑤3GB开关
在Windows XP Professional和Windows 2003 Server中，COMSOL Multiphysics 可以将操作系统支配的内存缩减为1GB，从而支持3GB的虚拟内存供软件使用。这需要使用额外启动参数来启动系统，下面修改boot.ini文件的步骤，可以获得3GB虚拟内存的调用。
警告：要直接拷贝下面boot.ini文件全部的内容，因为每个系统的参数都是不一样的，涉及到/3GB的内容使用黑体字标注。如果修改分区盘符，系统将无法启动，唯有重装系统。
在Windows XP Professional 中右键点击[我的电脑]，选择[高级]标签，在下边的[启动]和[恢复]中，点击[设置]，在弹出的对话框中点击[编辑]。
[boot loader ]
timeont= 30
default=multi(0)disk(0)rdisk(0)partition (2)\WINNT
[operating systems ]
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(2)\WINNT= "????" /3GB
上面的"???? "是你的操作系统名，例如"Microsoft Windows XP Professional".
32位的Vista操作系统可以支持3GB。通过如下操作进行设置：使用管理员身份运行命令行,输人命令“bededit /set IncreaseEUserVa 3072”,通过命令“bededit/deletevalue IncreaseUserVa"关掉3GB开关。
⑥32位系统下监视内存
通常，3D文档需要极大的内存开销，COMSOL Multiphysics尝试分配大内存空间时，32位系统常常出现内存不足的问题。因为内存块有时并不是连续的，当使用任务管理器查看内存使用情况时，看到内存使用量并不高，但是总是出现内存不足的情况。Windows任务管理器的内存使用情况常常会误导人，因为它显示的仅仅是当前一部分的交换量。下面是一种更有效的查看内存总使用量的方法( Win2000、WinNT、Win XP、Windows Vista) ：
a)使用Ctrl-Alt-Delete组合键打开任务管理器。
b)选择[进程]标签。
c)在[查看]菜单下选择[选择列]
d)勾上虚拟内存大小( Windows Vista：“Commit Size")。
e)在“process"中找到comsol. exe，“VM Size”显示COMSOL Multiphysics 内存使用量。
02
增加内存效率
当模型太大，物理内存RAM耗尽而使用虚拟内存的时候，计算机的计算速度会明显变慢，因为虚拟内存的速度比RAM慢很多。下面将列举几条用有限RAM来处理大模型而不降低计算速度的方法。
①运行客户端一服务器模式
当可以访向一个有强大计算功能的服务器时，较好的选择是在客户机上运行COMSOL图形用户界面，在配备有大量RAM的服务器上进行计算。这种运行模式，需要浮动版授权(floating network license) 的支持。
②在COMSOL Multiphysics 中优化模型特定问题需要的存储容量是有区别的，取决于：
a)几何网格的节点数(基本网格)。
b)形函数的类型，例如二阶拉格朗日单元，计算网格(扩展网格)的大小取决于形函数的类型以及几何网格。
c)自变量与因变量的数量。
d)系统矩阵的稀疏程度，主要取决于不同方程间耦合的自由度。几何和网格的形状也会影响系统矩阵的稀疏程度：一个在表面有很大比例的自由度的薄或者平坦的物体，比一个庞大的实体(如球体或立方体)有更稀疏的系统矩阵。
对上面最后一条的理解是，系统对内存的需求主要取决于Jacobian矩阵的非零部分，而不是自由度。例如，使用传导—对流方程和稳态理想气体定律方程进行耦合的非等温流问题，所有的5个变量(u, v, w, p, T)都出现在5个方程中(3D模型)，它的Jacobian矩阵比单纯的热传导问题要充实得多。这也是在求解热辐射问题的时候需要大量内存的原因，任意一个表面的单元都创建一个满的矩阵块，使得Jacobian 很充实。
③后处理内存不足
如果在后处理中出现内存不足的现象，可以增加Java使用的堆栈的最大值。在Windows平台，修改COMSOL安装目录下bin/comsol.opts文件，Sun/Linux/Mac OSX平台修改COMSOL目录下bin/comsol 文件。将MAXHEAP = 256m中的256MB改为更大的数值，例如512MB。
④选择更合适的求解器
COMSOL Multiphysics的求解器总是将每个问题拆分成一个或多个线性系统方程的解。因此，选择直接求解器还是迭代求解器，对线性系统的计算时间和内存需求都有影响。
直接求解器使用高斯消元法(Gaussian elimination)求解线性系统，该方法对大部分问题(即使病态系统)都能够得到稳定的、可靠的解。直接求解器是缺省设置的求解器，在1D和2D问题，相对于迭代求解器，它们需要校准的次数更少，计算的速度也更快。但是，消元过程有时需要消耗大量的内存资源以及计算时间，特别是在3D问题上。
COMSOL Multiphysics缺省设置是自动检测矩阵系统是否对称，但是，线性求解器(例如UMFPACK)求解对称问题的优势不明显。注意，此处所说的对称并非指的是几何对称，而是Jacobian矩阵对称。
对于3D问题，求解器选择的缺省设置是选择迭代求解器，通常情况下，它们对内存的需求更少，而计算速度也更快。为获得更优性能，迭代求解器通常需要谨慎选择预处理器(preconditioner)，以下是常用的几个预处理器:
a)几何多重网格。
b)代数多重网格。
c)SSOR矢量。
d)不完全LU。
⑤高效几何建模
通常，第一步是尽量对几何模型进行简化，例如，对于一个对称的平面，你可以选择原有模型的1/2或1/4甚至1/8来进行建模。内存的需求并不是线性增长的，而是指数增长(A*n^k，k>1)，其中，A是常数，n是自由度数，k是该多项式阶数。k是个大于1的实数，大小取决于几何维度(1D、2D或者3D)和求解器的各种设定。这意味着，如果把几何模型减半，对内存的需求比原先的一半还少。需要注意到是，这里的对称，既要几何对称，又要物理学上对称。
⑥避免几何模型不必要的细节
⑦使用装配体
尝试使用[绘图]>[使用装配]和[交互式网格剖分]生成网格。在相邻求解域之间的边界上的单元节点不需要完全匹配的情况下,这种方法可以带来更大的灵活性,同时减少了单元数。
当选中迭代求解器时，网格的质量显得非常重要，如果单元质量较好，可以获得更好的收敛性和精确度。在薄层区域的三角形或四面体单元中常常出现接近180°的角，说明网格质量很低。四边形和六面体单元在某些情况下也会出现网格质量过低的现象。选择[网格]>[网格数统计]查看网格质量，正常情况下，网格质量不应该低于0.01。
⑧64位Windows Vista上的虛拟内存
当求解器使用了所有可供使用的物理内存RAM时，将使用虚拟内存对数据进行读写。在64位的Vista系统上，对虚拟内存读写过程中常常出现系统不响应的现象，在模型求解结束之前，任务管理器不可用。解决这种问题的一个办法是，使用USB闪存，需要预先开启“Readyboost"。
～ 投稿专栏 ～
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