FORTRAN MPI编程指南

"mpi manual" 本文档是关于MPI（Message Passing Interface）在Fortran编程中的使用的指南，由Dr. Peter S. Pacheco和Woo Chat Ming合著。MPI是一种标准接口，用于编写在分布式内存多处理机上运行的并行程序，它允许不同进程之间通过消息传递进行通信。 1. **介绍** MPI编程是并行计算中的一个关键概念，它允许程序员将大问题分解为多个小任务，由多个处理器并行处理。MPI用户指南提供了如何在Fortran语言环境中使用MPI的指导。 2. **基本概念** - **MPI程序**：通常包括初始化、通信和终止等步骤。 - **了解环境**：MPI程序可以获取关于其他进程的信息，如进程数量和身份。 - **消息**：由数据和封装信息组成，例如发送者和接收者的标识。 - **MPI_Send和MPI_Recv**：这两个函数是MPI中最基础的通信原语，分别用于发送和接收消息。 3. **应用示例** - **串行程序**：首先介绍一个简单的串行程序，然后展示如何将其转换为并行程序。 - **并行化梯形法则**：通过将计算任务分配给多个进程，实现并行计算，提高计算效率。 - **并行I/O**：在并行处理器上进行输入输出操作的处理方法。 4. **集体通信** - **树结构通信**：一种组织进程间通信的方式，可以是二叉树或其他形式的树结构。 - **广播**：一个进程向所有其他进程发送相同的消息。 - **归约**（Reduce）：从多个进程收集数据并应用一个操作（如求和、最大值等），结果返回给一个进程。 - **其他集体通信函数**：包括Scatter、Gather、Allreduce等，用于更复杂的并行数据交换。 5. **数据分组与通信** - **计数参数**：在定义数据类型时，用于指定连续元素的数量。 - **派生数据类型**（MPI_Type_struct）：允许创建自定义的数据类型，以适应复杂的数据结构。 - **其他派生数据类型构造器**：如MPI_Type_vector、MPI_Type_hvector等，用于创建更灵活的数据类型。 - **打包/解包**（Pack/Unpack）：用于序列化和反序列化数据，以便于传输。 - **选择通信方法**：根据具体需求和性能考虑，选择最适合的通信方式。 6. **通信器与拓扑** - **Fox's算法**：一种确定通信器中进程排列的方法。 - **通信器**（Communicators）：MPI中的核心对象，用于组织进程之间的通信。 - **工作于组、上下文和通信器**：理解这些概念对于有效管理并行程序中的通信至关重要。 - **MPI_Comm_create** 和 **MPI_Comm_split**：创建新的通信器，允许更灵活的进程分组。 这份MPI手册为Fortran程序员提供了一个详细的起点，帮助他们理解和应用MPI进行并行编程，涵盖了从基本的点对点通信到复杂的集体通信和数据组织，以及通信器和拓扑的管理。通过学习和实践，读者可以掌握编写高效并行程序的关键技能。