理解MPI并行编程中的安全与死锁避免

"编写安全的MPI程序-投影机pjlink协议（中文版）" 在并行计算领域，MPI（Message Passing Interface）是一种广泛使用的标准接口，用于编写并行程序，尤其适用于高性能计算。MPI允许程序员控制进程间的通信，使得数据可以在不同处理器之间高效地传递。然而，编写MPI程序时需要注意避免潜在的死锁问题，如标题和描述中提到的程序17所示。 程序17是一个典型的死锁例子，展示了如何通过不正确的通信调用顺序导致死锁。在这个例子中，进程0试图先接收来自进程1的消息A，而进程1则尝试先接收来自进程0的消息B。每个进程都在等待对方的消息，形成了一种环状依赖关系，导致双方都无法继续执行，从而陷入死锁状态。 MPI中的通信通常包括发送（MPI_SEND）和接收（MPI_RECV）操作。为了防止死锁，需要遵循几个关键原则： 1. **非阻塞通信**：使用非阻塞发送（MPI_Isend）和接收（MPI_Irecv）可以允许进程在等待消息的同时执行其他任务，减少了死锁的风险。 2. **同步通信**：确保在发送之前接收，或者在接收之前发送，通过使用请求（MPI_Request）和测试（MPI_Test/MPI_Wait）来确保操作的顺序。 3. **避免循环依赖**：确保通信模式没有形成环状依赖，例如，进程间的消息传递应该能够按照预定的顺序完成，而不是相互等待。 4. **使用MPI_Sendrecv**：在某些情况下，可以使用MPI_Sendrecv同时发送和接收消息，以简化同步。 5. **避免饥饿**：确保所有进程都能获得必要的资源，例如，如果一个进程持续发送而其他进程无法接收，可能会导致饥饿。 6. **合理设计进程启动和终止**：在MPI初始化（MPI_Init）和终止（MPI_Finalize）时，要确保所有进程的协调一致，避免进程过早退出导致的数据丢失或错误。 在《高性能计算之并行编程技术——MPI并行程序设计》一书中，作者都志辉详细介绍了MPI并行编程的基础和高级特性，从基本的通信操作到MPI-2的扩展功能，如动态进程管理、远程存储访问和并行文件系统。这本书不仅适合有FORTRAN和C编程经验的读者，也适合并行计算和高性能计算的学习者。通过大量实例和解释，读者可以理解如何编写从简单到复杂的MPI程序，并学会如何在实际问题中运用并行求解的思想。 理解和掌握安全的MPI编程是构建高性能并行应用的关键，而避免死锁和其他并发问题则需要深入理解并行编程模型和MPI的通信机制。通过学习和实践，可以有效地利用MPI实现大规模并行计算任务。