基于MPI的并行程序设计

如题

计算机技术与发展第16卷　第8期　　　　　　　　　16　No.8　　　　　　　　Vol.2006年8月Aug.　2006COMPUTERTECHNOLOGYANDDEVELOPMENT

基于MPI的并行程序设计

张翠莲,刘方爱,王亚楠

(山东师范大学信息管理学院,山东济南250014)

摘　要:在介绍消息传递接口标准(MPI)和分析并行程序设计方法的基础上,提出了在并行程序设计中需要进行算法级分析和程序级测试,以此来对影响具体的并行程序执行效率的因素进行分析,并用实例验证了分析结果。最后对MPI的实现之一———MPICH1.2.5版本的不足,提出了改进的方法。关键词:消息传递;通信;MPI;并行程序

中图分类号:TP311.1　　　　　　文献标识码:A　　　　　　　文章编号:1673-629X(2006)08-0072-03

ParallelProgramDesignBasedonMPI

ZHANGCui2lian,LIUFang2,WANYa2(CollegeofInformationManagement)

Abstract:Inthispaper,MPI()isprogrammingtechnicisanalysed.Thenputforwardap2plyingalgorithmthefactorsaffectingthespecificprogram.Atlast,methodsareproposedtoim2provethethe2.5.

Keywords:;MPI;parallelprogram

0　引　言

计算机技术极大地促进了计算科学的发展,与此同时科学计算对计算速度也提出了更强大的需求,例如人类基因、全球气候准确预报、海洋环流循环、核爆炸模拟等等,没有万亿次以上的高性能计算机是无法解决的,这些问题使得计算机的性能亟待改善。但在实践中,由于受到物理器件极限速度和技术水平的限制,使得单处理机远远满足不了许多领域中的大规模计算课题对计算资源的需求。而多个处理器协同的求解问题极大地提高了计算速度,满足了大规模数据处理的需求。对并行处理的需求极大地促进了并行技术的发展,因此许多大规模并行计算机系统相继问世,如PVP(ParallelVectorProcessors,并行向量处理机)、SMP(SymmetricMultiprocessors/SharedMemory

Processors,共享内存多处理机)、MPP(MassivelyParallelProcessors,大规模并行处理机)、DSM(DistributedSharedMemory,分布式共享存储多处理机)

[1]

群系统占到TOP500的60.8%。并行计算机系统的出现就需要对程序进行并行设计,这种需求使得各种不同的并行编程环境得到了很大的发展。现行高性能计算机系统中使用的并行编程环境主要有两种:PVM(ParallelVirtual

Machine)和MPI(MessagePassingInterface)[3]。PVM的

开发始于1988年,由美国橡树岭国家试验室发起。目前很多人采用MPI作为并行开发环境。

1　MPI简介

MPI是为开发基于消息传递模型的并行程序而制定

的工业标准,其目的是为了提高并行程序的可移植性和易用性,用户必须显式地通过发送和接受消息来实现处理器之间的数据交换。为了开发一个高标准并具有可移植性的消息传递库,由厂商(如IBM,Intel等)、软件开发商

(Parasoft,KAI等)、研究中心(ANL,GMP等)和大学(Endinburgh,Maryland等)共同于1992年成立了MPI论

等。但传统的并行

[2]

系统的高成本性、专用性、系统规模的不可伸缩性等使其难以推广到普通的商业应用和科学计算中

。高性能集

群系统因其性能价格比高、高可复用性、强可扩展性、用户编程方便等优点在科学研究中得到了广泛的应用。在

2005年6月刚刚发布的全球高性能计算TOP500中,集

收稿日期:2005-11-13

作者简介:张翠莲(1980-),女,山东泰安人,硕士研究生,研究方向为并行算法、图像恢复;刘方爱,教授,博导,研究方向为并行处理、并行计算模型和互联网络。

坛[4]。经过共同研究和使用,MPI论坛先后于1994年和

1997年后提出了MPI-1和MPI-2[5]。MPI具有移植

性好、功能强大、效率高等多种优点,而且有多种不同的免费、高效、实用的实现版本,几乎所有的并行计算机厂商都提供对它的支持,这是其它并行环境所无法比拟的。MPI只是一个并行编程语言标准,要编写基于MPI的并行程序,还必须借助MPI的某种具体实现。MPICH是最重要的一种MPI实现,是一个与MPI规范同步发展的版本。每当MPI推出新的版本时,就会有相应的MPICH的实现

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