MPI 官方编程指导

MPI（Message Passing Interface）是并行编程领域中一种广泛使用的消息传递函数库标准规范。该标准规范由MPI论坛开发，旨在提供Fortran和C语言的并行编程支持。作为一种库描述，MPI并非编程语言，但它为并行计算提供了基本通信机制，使得程序员能够利用消息传递进行并行程序设计。 MPI的发展经历了两个主要阶段。MPI 1.1版本发布于1995年，而MPI 1.2至2.0版本则引入了动态进程管理、并行I/O等特性，并支持Fortran90和C++语言，这一改进版发布于1997年。MPI的流行非专利实现为MPICH，由Argonne国家实验室和密西西比州立大学联合开发，它具有良好的可移植性，能够在多种操作系统和并行机上运行。 MPI的高可移植性是其一大优势。并行程序开发者可以编写支持MPI的应用程序，这些程序能够在IBM PC机、MS Windows操作系统、各类Unix工作站以及主流并行机上无需修改即可运行。这种跨平台的兼容性大幅降低了并行计算的门槛，使得研究人员和工程师可以集中精力解决科学计算问题，而非专注于平台相关的细节。 在并行编程中，MPI主要关注消息传递模型。消息传递模型是通过显式地发送和接收消息来实现处理机间数据交换的并行程序设计方式。在该模型下，每个并行进程拥有独立的地址空间，进程间无法直接访问对方数据，必须通过消息传递进行通信。消息传递并行程序设计对于大规模、可扩展的并行算法特别适用，因为它要求用户对问题进行有效的分解，并组织进程间的数据交换。 MPI作为一种消息传递库标准，主要特点包括有定义良好的通信空间（Communicator）、上下文标识（Context_id）以及进程组（group）。基本的MPI概念中，点到点通信（Point-to-point communication）是核心内容之一，它涉及两个进程间的直接数据传递。MPI API（Application Programming Interface）包含了MPI最基本也是最重要的内容，涵盖了消息传递所需的所有基本操作和功能。 除此之外，MPI允许用户自定义数据类型（User-defined or Derived datatype）。MPI的标准数据类型实际上都是通过组合基本数据类型来构建的，用户可以根据具体需求定义新的数据类型，使得数据交换和处理更加高效。这一特性为复杂的并行计算任务提供了灵活性和表达力。 在并行编程标准方面，除了MPI，还有其他几个重要的标准，比如多线程库标准（如Win32 API和POSIX threads），编译制导标准（如OpenMP）等。多线程标准定义了创建和管理线程的机制，而编译制导标准则侧重于提供一套宏指令，让编译器理解并行区域，进而进行自动优化。 总结来说，MPI是一种成熟、标准的消息传递并行编程模型，它在科学计算、工程仿真等领域扮演着重要角色。它不仅为开发者提供了丰富的API和强大的功能，还因高度的可移植性和广泛的支持而成为并行计算领域中的首选工具。通过使用MPI，开发者可以有效地编写跨平台的并行程序，实现高效率的数据通信和任务分配。