消息传递并行程序设计.ppt

消息传递并行程序设计是一种在分布式计算环境下广泛采用的编程范式，它允许在不同的处理单元之间通过发送和接收消息来进行通信和协作。消息传递接口MPI（Message Passing Interface）是实现消息传递并行程序设计的关键标准，它为编写并行程序提供了一套规范和一系列函数库。MPI自1992年推出以来，已成为并行计算领域的事实标准，支持多种编程语言，如C和Fortran，以及运行在多种操作系统和硬件平台上。 MPI提供的主要功能包括点对点通信和群集通信两种基本通信模式。点对点通信涉及两个进程之间的直接数据传输，而群集通信则涉及一个进程与多个进程之间的数据交换。MPI中的通信操作可以是非阻塞的，也可以是阻塞的，其中阻塞操作在操作完成前不返回，非阻塞操作则允许程序继续执行，在后续某个时刻完成数据传输。MPI的消息结构使得程序可以在不同的进程之间传递消息，消息可以包含不同类型和数量的数据。 MPI的基本函数集由大约六个核心函数组成，这些函数是编写并行程序的基础。例如，MPI_Init函数用于初始化MPI环境，而MPI_Finalize函数用于在程序执行完毕后释放MPI环境。MPI_Comm_rank和MPI_Comm_size分别用于获取当前进程的编号和指定通信域中的进程总数，这对于程序中任务的分配和同步至关重要。MPI_Send和MPI_Recv是点对点通信中最常用的函数，分别用于发送和接收数据。 MPI还支持派生数据类型，允许程序通过单一通信操作发送多个分散在内存中的数据项。此外，MPI的标准也随着时间发展，MPI-2扩展了对动态进程的支持，允许程序在运行时创建和终止进程，这有助于更有效地管理和负载平衡计算资源。 在实际应用中，程序员需要结合并行算法和通信模型来设计程序。使用MPI编写程序时，必须确保程序具有良好的可移植性、高效性和灵活性，以适应不同的硬件和操作系统环境。MPI的成功在于其语言独立性和广泛的硬件平台支持，使其成为并行计算中不可替代的重要工具。 MPI的实现版本众多，其中最著名的是MPICH，它是MPI标准的最常见实现之一。MPICH提供了高性能和实用的消息传递接口，适用于广泛的并行计算场景，包括高性能计算集群和超级计算中心。 通过编写符合MPI标准的程序，开发者可以利用现有的并行计算机厂商提供的支持，充分利用并行计算机的计算能力，解决科学研究、工程计算和数据分析等领域的问题。