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并行计算入门指南:MPI与OpenMP实践
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更新于2024-07-31
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《并行计算导论》是一本专为信息与计算科学专业学生编写的教材,由张林波、迟学斌、莫则尧、李若等多位专家合著,于2006年由清华大学出版社出版。本书旨在帮助读者快速入门并行计算,特别是针对分布式并行计算环境和消息传递并行编程。 该书首先涵盖了并行计算的基本理论,包括并行计算的基础知识,让学生理解并行计算的本质和优势。接着,作者详细介绍了Linux/UNIX操作系统的基础使用,这对于在并行计算平台上进行操作至关重要。书中进一步阐述了如何构建基于Linux机群的并行计算平台,让读者了解实际环境中并行计算的基础设施。 核心内容包括并行算法的设计策略和MPI(Message Passing Interface)的消息传递并行编程。MPI是一种广泛应用于分布式内存系统中的并行编程接口,通过它,读者可以学习如何编写高效的并行程序,实现数据共享和任务协调。书中提供了丰富的实例,帮助读者将理论知识转化为实践技能。 此外,书中还涉及了一些当前流行的科学计算软件工具和平台,让读者能够掌握如何利用这些工具进行并行计算,解决实际的科学问题。强调的是从基础知识到实践操作的渐进式学习方式,无需过多的预备知识,读者可以在实践中逐步提升对并行计算的理解和应用能力。 本书适用于信息与计算科学专业的学生作为专业基础课程教材,也适合其他理工科非计算机专业的学生学习并行计算,同时对于对Linux机群建设、MPI编程以及高性能科学计算软件感兴趣的人员来说,它是一本实用的参考书籍。 《并行计算导论》是一本实用性强、理论与实践结合紧密的教材,旨在通过循序渐进的方式,帮助读者克服并行计算的门槛,提升他们在科研和工程领域的竞争力。
资源详情
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表格目录
1.1 三种并行编程环境主要特征一览表 . . . . . . . . . . . 56
2.1 Linux 常用在线帮助的分类 . . . . . . . . . . . . . . . . 83
2.2 Linux 文件的特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.3 Linux 常用信号 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.4 常用环境变量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
2.5 Bash 的环境变量字符串过滤 . . . . . . . . . . . . . . . 108
2.6 Bash 的文件检测操作 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
2.7 Bash 比较两个文件的操作 . . . . . . . . . . . . . . . . 124
2.8 Bash 的算术比较及字符串检测操作 . . . . . . . . . . . 125
2.9 Bash 的算术表达式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
2.10 gdb 的基本命令 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
2.11 GNU Make 常用自动变量及含义 . . . . . . . . . . . . 163
3.1 MPI 原始数据类型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
3.2 MPI 点对点通信类型及模式汇总 . . . . . . . . . . . . 197
3.3 MPI–2 文件读写函数汇总 . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
5.1 代码 5.4 在 4 结点微机机群上的运行时间统计 . . . . . 257
7.1 按位倒置变换 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
9.1 递推关系式的流水线计算流程 . . . . . . . . . . . . . . 356
14
并行计算导论
插图目录
1.1 Origin–2000 结构图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2 并行机体系结构示意图:内存模块与结点分离 . . . . . 21
1.3 并行机体系结构示意图:内存模块位于结点内部 . . . . 22
1.4 含 4 个结点的一维阵列和环的拓扑结构 . . . . . . . . . 26
1.5 含 4
4 个结点的二维网格和网格环的拓扑结构 . . . . 27
1.6 含 8 个结点的二叉树和X–树的拓扑结构 . . . . . . . . 28
1.7 超立方体拓扑结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.8 动态拓扑结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.9 多级存储结构示意图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.10 Cache 读操作工作流程示意图 . . . . . . . . . . . . . . 42
1.11 SMP 体系结构典型示意图 . . . . . . . . . . . . . . . . 46
1.12 MPP 体系结构典型示意图 . . . . . . . . . . . . . . . 49
1.13 单进程多线程执行示意图 . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1.14 消息传递进程拓扑结构和并行机模型 . . . . . . . . . 57
2.1 top 命令抓图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.2 Emacs 屏幕截图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
2.3 Doxygen 生成的 L
A
T
E
X 文档 . . . . . . . . . . . . . . . 168
2.4 Doxygen 生成的 HTML 文档 . . . . . . . . . . . . . . . 169
5.1 自适应梯形公式计算定积分 . . . . . . . . . . . . . . . 254
6.1 使用 3 个处理机求解下三角线性代数方程组 . . . . . . 289
7.1 FFT 数据依赖关系 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
16
并行计算导论
7.2 DIF FFT 计算过程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
8.1 两种区域分解策略 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
8.2 3
3 的二维块区域分解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
8.3 辅助网格单元示意图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
9.1 流水线方法计算流程示意图 . . . . . . . . . . . . . . . 357
9.2 分块流水线方法计算时间变化曲线 . . . . . . . . . . . 360
A.1 LAPACK 软件包目录结构 . . . . . . . . . . . . . . . . 383
A.2 ScaLAPACK 软件的层次结构 . . . . . . . . . . . . . . 399
A.3 ScaLAPACK 软件的目录 . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
A.4 PETSc 实现的层次结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
A.5 稀疏矩阵结构:二维拉普拉斯方程 . . . . . . . . . . . 432
A.6 稀疏雅可比矩阵结构:二维 Bratu 方程 . . . . . . . . . 437
A.7 非线性求解器 (SNES) 的主要计算流程 . . . . . . . . . 439
A.8 TS 的主要计算流程:隐式 Euler 方法 . . . . . . . . . 444
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