MPI消息传递编程接口详解
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更新于2024-08-02
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"MPI消息传递编程接口"
MPI,全称为Message Passing Interface,是一个广泛采用的并行计算编程标准,由MPI委员会在1992年至1994年的会议中逐步发展形成。MPI-1版本在1995年发布,包含128个调用接口,而1997年的MPI-2版本则进一步扩展到了287个接口,增加了并行I/O、远程存储访问和动态进程管理等功能,以适应更广泛的并行计算需求。
MPI的核心在于提供了一套标准的消息传递机制,使得程序员可以在不同的并行计算平台和环境中编写可移植的代码。它不是一种独立的语言,而是与C和FORTRAN等传统编程语言结合,形成了C+MPI和FORTRAN+MPI这样的并行程序语言。通过库的形式,MPI提供了丰富的函数接口供程序员调用,以实现进程间的数据交换和通信。
MPI的特性包括:
1. **语言绑定**:支持C和FORTRAN,同时也可扩展至其他语言,如C++。
2. **平台无关性**:可在多种并行计算机、机群系统和异构网络环境中运行。
3. **高效通信**:设计优化了数据传输速率,确保并行计算中的高效通信。
4. **丰富的通信模式**:提供了点对点通信和群体通信功能,如send、recv、broadcast、scatter、gather等操作。
5. **动态进程管理**:允许在运行时创建和销毁进程,增强了灵活性。
在实际编程中,MPI程序通常包含以下几个组成部分:
- **总体结构**:包括初始化、主程序逻辑和最终的清理部分。初始化阶段设置MPI环境,主程序逻辑中执行通信和计算任务,清理阶段关闭MPI环境。
- **数据类型**:MPI提供了一组预定义的数据类型,如MPI_INT、MPI_DOUBLE等,以及自定义复合数据类型的机制,方便数据在进程间的传输。
- **点对点通信**:通过send和recv函数实现进程间的单向或双向通信,还有non-blocking send和recv用于异步通信。
- **通信模式**:包括同步和非同步通信,以及集合通信(如broadcast、scatter、gather等)。
- **群体通信**:涉及多个进程之间的集体操作,如allreduce、allgather等,可以有效地协调大规模并行计算中的数据交换。
在学习和应用MPI时,通常会通过编写简单的示例程序来熟悉其基本概念和用法,如经典的"Hello, World!"程序,以及简单的发送接收程序。这些例子有助于理解MPI程序的基本结构和通信机制。
最后,MPI程序还有一些约定和最佳实践,例如正确处理进程的启动和结束、合理设计通信模式以避免死锁、使用阻塞和非阻塞通信的混合策略以提高效率等。遵循这些惯例能够帮助开发出更加高效和可靠的并行应用程序。
2011-12-04 上传
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