MPI消息传递编程接口详解

"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。