MPI并行程序设计指南

"MPI程序设计教程，涵盖MPI技术原理、编程方法和设计技巧，适用于初学者。" MPI（Message Passing Interface）是一种广泛使用的并行计算编程模型，尤其在高性能计算领域中占据重要地位。本教程详细介绍了MPI的核心概念和技术，旨在帮助读者掌握MPI并行程序设计。 一、典型并行计算环境 1. 共享存储对称多处理机系统（SMP）：在这种系统中，所有处理器都可以平等访问全局内存，通常由多个微处理器组成，如SGI PowerChallenge和SUN Enterprise系统。 2. 分布共享存储多处理机系统（DSM）：DSM系统中，内存物理上分布于各处理器，但逻辑上共享。系统如SGI Origin2000采用非一致内存访问（NUMA）来协调访问，需要注意本地和远程内存访问的性能差异。 3. 大规模并行计算机系统（MPP）：包括单一分布内存的MPP系统，如CRAY T3E和IBM SP系列，以及SMP-Cluster系统，如HP/Convex SPP-2000，它们由多个SMP或DSM节点组成，通过高速网络连接。 4. 机群系统：由工作站或微机组成，使用商业交换机连接，如微机机群和工作站机群，提供较高的性能价格比。 二、软件环境 1. 操作系统：支持并行计算的操作系统，如UNIX、LINUX和Windows NT。 2. 并行程序设计平台：除了MPI，还有共享存储的OpenMP，用于SMP和DSM系统。 三、MPI程序设计 1. 进程与消息传递：MPI程序由多个独立运行的进程构成，通过发送和接收消息进行通信。 2. MPI基本函数：如`MPI_Init`、`MPI_Comm_rank`、`MPI_Send`和`MPI_Recv`，用于初始化、获取进程ID、发送和接收消息等。 3. MPI并行程序设计入门：教程提供了简单的程序示例，让读者了解如何使用MPI编写并行程序。 4. MPI并行程序示例2：通过求解偏微分方程 `-∆u=f` 的例子，进一步阐述了MPI在数值计算中的应用。 5. MPI先进函数：包括更复杂的通信模式和集体操作，如广播、扫描、Reduce等。 6. MPI的发展：探讨了MPI标准的演变和未来发展趋势。 本教程不仅讲解了MPI的基础知识，还通过实例和作业帮助读者加深理解，逐步提升在MPI环境下的并行程序设计能力。对于想要进入并行计算领域的学习者，这是一个理想的起点。