并行计算-mpi编程手册(完整版)资源-CSDN文库

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高性能计算之并行编程技术

—— MPI

并行程序设计

都志辉

编著

李三立

审阅

陈渝

刘鹏

校对

III

序

......................................................................................................................................................................IX

前言

..................................................................................................................................................................XI

程序列表

........................................................................................................................................................ XII

图列表

...........................................................................................................................................................XIV

表格列表

..................................................................................................................................................... XVII

第一部分

并行程序设计基础

.........................................................................................................................1

第1章并行计算机......................................................................................................................................2

1.1 并行计算机的分类 ..........................................................................................................................2

1.1.1 指令与数据....................................................................................................................................2

1.1.2 存储方式 .......................................................................................................................................3

1.2 物理问题在并行机上的求解 .........................................................................................................4

1.3 小结 ...................................................................................................................................................5

第2章并行编程模型与并行语言.............................................................................................................6

2.1 并行编程模型 ..................................................................................................................................6

2.2 并行语言...........................................................................................................................................7

2.3 小结 ...................................................................................................................................................8

第3章并行算法..........................................................................................................................................9

3.1 并行算法分类 ..................................................................................................................................9

3.2 并行算法的设计..............................................................................................................................9

3.3 小结 ................................................................................................................................................. 11

第二部分

基本的

MPI

并行程序设计

...........................................................................................................12

第4章 MPI简介.........................................................................................................................................13

4.1 什么是MPI......................................................................................................................................13

4.2 MPI的目的 ......................................................................................................................................13

4.3 MPI的产生 ......................................................................................................................................14

4.4 MPI的语言绑定..............................................................................................................................14

4.5 目前主要的MPI实现.....................................................................................................................15

4.6 小结 .................................................................................................................................................15

第5章第一个MPI程序.............................................................................................................................16

5.1 MPI实现的 Hello World!” ..........................................................................................................16

5.1.1 用FORTRAN77+MPI实现...........................................................................................................16

5.1.2 用C+MPI实现..............................................................................................................................18

5.2 MPI程序的一些惯例......................................................................................................................21

5.3 小结 .................................................................................................................................................22

第6章六个接口构成的MPI子集............................................................................................................23

6.1 子集介绍.........................................................................................................................................23

6.1.1 MPI调用的参数说明....................................................................................................................23

6.1.2 MPI初始化...................................................................................................................................25

6.1.3 MPI结束.......................................................................................................................................25

6.1.4 当前进程标识..............................................................................................................................25

6.1.5 通信域包含的进程数...................................................................................................................26

6.1.6 消息发送 .....................................................................................................................................26

6.1.7 消息接收 .....................................................................................................................................27

6.1.8 返回状态status.............................................................................................................................27

6.1.9 一个简单的发送和接收的例子....................................................................................................28

6.2 MPI预定义数据类型......................................................................................................................29

6.3 MPI数据类型匹配和数据转换.....................................................................................................30

6.3.1 MPI类型匹配规则........................................................................................................................30

6.3.2 数据转换 .....................................................................................................................................32

6.4 MPI消息...........................................................................................................................................33

6.4.1 MPI消息的组成............................................................................................................................33

6.4.2 任意源和任意标识 ......................................................................................................................34

6.4.3 MPI通信域...................................................................................................................................35

6.5 小结 .................................................................................................................................................35

第7章简单的MPI程序示例....................................................................................................................36

7.1 用MPI实现计时功能.....................................................................................................................36

7.2 获取机器的名字和MPI版本号....................................................................................................38

7.3 是否初始化及错误退出................................................................................................................39

7.4 数据接力传送 ................................................................................................................................41

7.5 任意进程间相互问候....................................................................................................................43

7.6 任意源和任意标识的使用............................................................................................................46

7.7 编写安全的MPI程序.....................................................................................................................47

7.8 小结 .................................................................................................................................................50

第8章 MPI并行程序的两种基本模式....................................................................................................51

8.1 对等模式的MPI程序设计 ............................................................................................................51

8.1.1 问题描述 —Jacobi迭代 ................................................................................................................51

8.1.2 用MPI程序实现Jacobi迭代..........................................................................................................52

8.1.3 用捆绑发送接收实现Jacobi迭代 .................................................................................................55

8.1.4 引入虚拟进程后Jacobi迭代的实现..............................................................................................60

8.2 主从模式的MPI程序设计 ............................................................................................................62

8.2.1 矩阵向量乘..................................................................................................................................62

8.2.2 主进程打印各从进程的消息 .......................................................................................................65

8.3 小结 .................................................................................................................................................68

第9章不同通信模式MPI并行程序的设计...........................................................................................69

9.1 标准通信模式 ................................................................................................................................69

9.2 缓存通信模式 ................................................................................................................................70

9.3 同步通信模式 ................................................................................................................................74

9.4 就绪通信模式 ................................................................................................................................76

9.5 小结 .................................................................................................................................................79

第10章 MPICH的安装与MPI程序的运行.............................................................................................80

10.1 Linux环境下的MPICH.................................................................................................................80

10.1.1 安装...........................................................................................................................................80

10.1.2 主要目录介绍............................................................................................................................81

10.1.3 编译命令 ...................................................................................................................................82

10.1.4 执行步骤 ...................................................................................................................................82

10.1.5 放权...........................................................................................................................................83

10.1.6 运行命令和配置文件.................................................................................................................83

10.1.7 其它可执行命令........................................................................................................................86

10.2 Windows NT环境下的MPICH .....................................................................................................87

10.2.1 安装...........................................................................................................................................87

10.2.2 编译...........................................................................................................................................87

10.2.3 配置和运行................................................................................................................................88

10.2.4 小结...........................................................................................................................................91

第11章常见错误......................................................................................................................................92

11.1 程序设计中的错误......................................................................................................................92

11.2 运行时的错误...............................................................................................................................93

11.3 小结...............................................................................................................................................94

第三部分

高级

MPI

并行程序设计

...............................................................................................................95

第12章非阻塞通信MPI程序设计..........................................................................................................96

12.1 阻塞通信.......................................................................................................................................96

12.2 非阻塞通信简介..........................................................................................................................97

12.3 非阻塞标准发送和接收..............................................................................................................99

12.4 非阻塞通信与其它三种通信模式的组合 ..............................................................................101

12.5 非阻塞通信的完成....................................................................................................................102

12.5.1 单个非阻塞通信的完成...........................................................................................................102

12.5.2 多个非阻塞通信的完成...........................................................................................................104

12.6 非阻塞通信对象........................................................................................................................107

12.6.1 非阻塞通信的取消 ..................................................................................................................107

12.6.2 非阻塞通信对象的释放...........................................................................................................109

12.7 消息到达的检查........................................................................................................................110

12.8 非阻塞通信有序接收的语义约束...........................................................................................112

12.9 用非阻塞通信来实现Jacobi迭代 ............................................................................................113

12.10 重复非阻塞通信 ......................................................................................................................116

12.11 用重复非阻塞通信来实现Jacobi迭代..................................................................................119

12.12 小结...........................................................................................................................................122

第13章组通信MPI程序设计................................................................................................................123

13.1 组通信概述 ................................................................................................................................123

13.1.1 组通信的消息通信功能...........................................................................................................123

13.1.2 组通信的同步功能 ..................................................................................................................124

13.1.3 组通信的计算功能 ..................................................................................................................125

13.2 广播.............................................................................................................................................126

13.3 收集.............................................................................................................................................127

13.4 散发.............................................................................................................................................130

13.5 组收集.........................................................................................................................................132

13.6 全互换.........................................................................................................................................135

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