《MPI并行程序设计》课件.ppt

*******************MPI并行程序设计MPI是一个用于编写并行程序的标准规范。它允许在多台计算机上运行程序，并协调这些计算机之间的通信。MPI简介消息传递接口MPI是消息传递接口（MessagePassingInterface）的缩写，是一种用于并行计算的标准。进程间通信MPI允许在多个进程之间进行通信，实现并行程序。跨平台MPI支持多种编程语言，可以在不同的操作系统和硬件平台上运行。MPI通信模型进程间通信MPI中，每个进程通过发送和接收消息与其他进程通信。消息传递消息传递是MPI的核心机制，用于在进程之间传递数据和状态信息。点对点通信点对点通信是指两个进程之间直接交换数据，例如发送和接收。集合通信集合通信是指多个进程同时参与的通信操作，例如广播、散播和归约。MPI通信函数发送函数MPI_Send()函数用于将数据从一个进程发送到另一个进程。接收函数MPI_Recv()函数用于从一个进程接收数据。同步函数MPI_Barrier()函数用于同步所有进程，确保所有进程都执行到该函数调用。广播函数MPI_Bcast()函数用于将数据从一个进程广播到其他进程。MPI进程管理创建进程MPI_Init函数用于初始化MPI环境。调用MPI_Comm_size函数获取进程数量。使用MPI_Comm_rank函数确定每个进程的唯一标识符。进程通信MPI提供了多种通信机制，包括点对点通信和集合通信。点对点通信允许两个进程之间直接交换数据。集合通信允许多个进程同时参与数据交换。进程同步MPI提供了多种同步机制，例如MPI_Barrier和MPI_Wait。同步操作确保所有进程在执行特定任务之前完成特定操作。进程终止MPI_Finalize函数用于清理MPI环境。在执行MPI_Finalize之前，所有进程应完成通信和同步。数据类型和集合通信11.数据类型MPI支持多种数据类型，包括基本数据类型和自定义数据类型，用于高效地传输数据。22.派生类型用户可以根据需要定义派生数据类型，例如结构体、数组等，以更灵活地传递复杂数据。33.集合通信MPI提供了一系列集合通信函数，用于高效地进行广播、散布、收集、规约等操作。44.通信效率集合通信函数可以有效地利用网络带宽和计算资源，提高并行程序的性能。点对点通信1发送数据MPI提供send()和isend()函数发送数据。2接收数据MPI提供recv()和irecv()函数接收数据。3数据传输数据在进程之间传输，需要指定通信标签和缓冲区。集合通信算法广播广播是将一个进程的数据发送到一个组的所有进程中，例如在一个并行程序中将一个全局变量的值发送到所有进程。散播散播将一个进程的数据发送到一个组的所有进程中，每个进程接收数据的一部分，例如将一个数组分成几部分，发送到每个进程。聚合聚合将一个组中所有进程的数据合并到一个进程，例如计算一个组中所有进程的总和或平均值。规约规约类似于聚合，但是它会将一个组中所有进程的数据使用一个指定的运算符进行合并，例如将一个组中所有进程的数组求和。非阻塞通信异步通信MPI非阻塞通信允许进程在发送或接收数据后立即继续执行其他操作，而无需等待通信完成。非阻塞通信通常使用请求对象来跟踪通信操作的状态，并在通信完成时通知调用进程。提高程序效率非阻塞通信可以提高程序效率，因为它允许进程在等待通信完成的同时执行其他计算任务。非阻塞通信对于实现复杂的并行算法和高性能计算应用程序非常有用。拓扑和计算分区MPI提供了灵活的拓扑结构和计算分区机制，以适应各种并行计算场景。例如，可以使用创建虚拟拓扑结构，如环形、网格、树形等，来模拟特定硬件架构或算法需求。计算分区允许将进程组划分为更小的子组，以执行特定任务，实现更好的负载均衡和数据局部性。MPI管理功能进程管理创建、销毁进程，获取进程排名和数量。通信管理设置通信上下文，控制通信模式和数据传输。错误处理捕获和处理MPI通信错误，确保程序稳定性。环境管理获取MPI环境信息，例如版本号和配置参数。MPI编程模型进程模型MPI程序由多个进程组成，每个进程拥有独立的地址空间和数据。消息传递模型进程之间通过消息传递进行通信，发送和接收数据。同步模型MPI提供同步机制，确保进程间操作的顺序和协调性。MPI程序设计流程定义程序结构首先，要确定程序的结构，包括需要多少个进程、每个进程的职责以及进程之间如何通信。初始化MPI环境使用MPI_Init