MPI并行程序设计详解及实践

"并行计算MPI程序设计" 在并行计算领域，MPI（Message Passing Interface）是一种广泛使用的标准接口，用于编写在分布式内存系统上的并行程序。本资源详细介绍了MPI程序设计，涵盖了从基础概念到高级功能的多个方面，旨在帮助开发者深入理解和应用MPI。 一、典型并行计算环境 并行计算环境主要分为三种类型： 1. 共享存储对称多处理机系统（SMP）：在这种系统中，所有处理器都能平等访问全局内存，适合于多线程编程。SMP系统如SGI PowerChallenge和SUN Enterprise。 2. 分布共享存储多处理机系统（DSM）：DSM系统采用Cache目录技术，内存被物理地分散在各处理器中，但从用户角度来看是共享的。DSM系统如SGI Origin2000。 3. 大规模并行计算机系统（MPP）：包括单一的分布内存MPP和SMP-Cluster系统。MPP如CRAY T3E、ASCIRed和IBM SP系列，SMP-Cluster如HP/Convex SPP-2000和ASCIBlueMountain。 4. 机群系统：由工作站或微机通过高性能交换机组成，具有分布内存特性，性价比高。 二、进程与消息传递 MPI的核心是进程和它们之间的通信。每个MPI程序可以包含多个进程，这些进程可以在不同的计算节点上运行，通过发送和接收消息进行协调。 三、MPI应用现状 MPI已成为并行计算的标准，被广泛应用于科学计算、工程模拟等领域。 四、MPI并行程序设计入门 初学者可以通过简单的程序示例了解MPI的基本用法，例如通过MPI函数进行进程初始化、创建进程群、发送和接收消息等。 五、MPI基本函数 MPI提供了大量的函数，如`MPI_Init`用于初始化，`MPI_Comm_rank`获取进程ID，`MPI_Comm_size`获取进程群大小，`MPI_Send`和`MPI_Recv`用于进程间通信。 六、作业和示例 课程中设有作业，要求实现特定的并行算法，如使用MPI解决偏微分方程。 七、MPI先进函数 更高级的MPI功能包括非阻塞通信、集合通信（如广播、扫描和Reduce）、动态进程管理等，这些功能能够实现更复杂的并行算法。 八、MPI的发展 随着技术的进步，MPI也在不断演进，新版本增加了更多优化和扩展，以适应新的硬件和软件环境。 九、MPI并行程序设计的高性能要求 设计高效的MPI程序需要考虑内存访问模式、负载均衡、通信开销等因素，以最大化并行系统的性能。 通过深入学习和实践这些内容，开发者可以掌握如何利用MPI编写高效、可扩展的并行程序，充分利用现代并行计算资源。