矩阵乘法的mpi并行程序
矩阵乘法MPI并行程序报告.pdf
【矩阵乘法MPI并行程序】是分布式计算中的一种常见应用,主要利用Message Passing Interface (MPI)库来实现。MPI是一种标准,允许程序员在多处理器系统或者计算机集群上编写并行程序,它提供了丰富的通信原语,如MPI_Init、MPI_Finalize、MPI_Comm_rank、MPI_Comm_size、MPI_Send和MPI_Recv等,用于不同进程之间的数据交换。 在【实验目的】中,主要目标是学习和掌握以下几个方面: 1. **集群使用**:了解并熟悉集群硬件环境,如刀片服务器blade13和blade15,以及如何通过远程桌面连接进行操作。 2. **并行编程思想**:学会分析问题,设计并行算法,尤其是针对矩阵乘法这类适合并行计算的任务。 3. **性能分析**:理解并行程序的加速比概念,尽可能设计出性能高效的并行程序。 【实验要求】强调了使用MPI和OpenMP等并行编程工具,生成随机矩阵,至少1000x1000的规模,并期望获得较高的加速比。 在【实验环境】部分,实验是在Linux环境下进行的,编译器为gcc,同时提供了Windows开发环境VC++6.0。连接工具Xmanager Enterprise 4.0用于远程访问集群。 在【实验程序】的实现中,首先使用`srand((unsigned int)time(NULL))`初始化随机数种子,然后通过两层嵌套循环生成随机矩阵A和B,以及初始化结果矩阵C。接着是串行版本的矩阵乘法实现,通过三层循环进行逐元素乘加操作。 并行程序设计部分,核心在于MPI的使用。`MPI_Init(&argc, &argv)`初始化MPI环境,`MPI_Finalize()`则在程序结束时关闭环境。`MPI_Comm_rank`获取当前进程的ID,`MPI_Comm_size`得到进程组的总进程数。例如,`MPI_Comm_world`是所有参与计算的进程的默认通信域。`MPI_Send`和`MPI_Recv`则负责进程间的数据传输,前者用于发送数据,后者用于接收数据。在并行矩阵乘法中,通常通过划分任务,将计算工作分配给不同的进程,然后收集结果。 矩阵乘法的并行化策略通常是将大矩阵划分为多个小块,每个进程处理一部分。通过合理调度,可以大大提高计算效率。在上述代码中,`row_aver`和`remainder`用于确定每个子进程需要处理的矩阵行数,`MPI_Send`和`MPI_Recv`则用于在主进程与工作进程之间传递矩阵的子块和结果。 整个实验过程中,性能优化的关键在于负载均衡和减少通信开销。为了实现较高的加速比,需要确保各个进程的工作量大致相等,并尽可能减少不必要的数据交换。此外,还需要考虑并行度的选择,过多的进程可能会增加通信开销,反而降低性能。 通过这个实验,可以深入理解并行计算的基本原理,以及如何利用MPI实现矩阵乘法的并行化。这对于理解和解决大规模科学计算问题具有重要意义。