基于MPI的并行函數(shù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著工程科學(xué)領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苡?jì)算需求的加劇，科學(xué)計(jì)算的規(guī)模迅速膨脹。例如軍事、能源、醫(yī)學(xué)、生物、氣象和人工智能等領(lǐng)域需要更加快速有效的計(jì)算能力。傳統(tǒng)的串行計(jì)算無(wú)法滿足超級(jí)計(jì)算的需求，網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算發(fā)展起來(lái)。
　　伴隨著并行計(jì)算的發(fā)展，出現(xiàn)了服務(wù)于并行計(jì)算的支撐平臺(tái)，如MPI、PVM等。這些平臺(tái)都提供了用以實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算基本功能的API接口，開發(fā)人員通過(guò)調(diào)用這些平臺(tái)提供的函數(shù)進(jìn)行并行程序開發(fā)。但這些平臺(tái)的共同特點(diǎn)是應(yīng)用接口復(fù)雜，需開發(fā)人員熟

2、練掌握，對(duì)開發(fā)人員的要求較高，開發(fā)效率低下，容錯(cuò)性差，復(fù)用率低下，進(jìn)而導(dǎo)致并行計(jì)算發(fā)展緩慢。
　　由于并行程序在分析和設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到任務(wù)分配、數(shù)據(jù)劃分、進(jìn)程間的通信和同步等底層問(wèn)題，同時(shí)要求開發(fā)人員熟練掌握支撐平臺(tái)提供的復(fù)雜函數(shù)來(lái)完成數(shù)據(jù)劃分和進(jìn)程通信。這使得并行程序開發(fā)較之串行程序更有難度，開發(fā)人員對(duì)并行編程思想的不熟悉也是造成并行編程發(fā)展緩慢的原因之一。
　　本文提出的并行函數(shù)庫(kù)是在MPI提供的函數(shù)接口的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。M

3、PI是一個(gè)相對(duì)比較成熟的標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有并行計(jì)算機(jī)制造商都對(duì)其提供支持，一個(gè)正確的MPI程序可直接在任何并行機(jī)上運(yùn)行。該并行函數(shù)庫(kù)在MPI的基礎(chǔ)上進(jìn)行了封裝及擴(kuò)展，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于MPI的、應(yīng)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的、提供了較全面的應(yīng)用接口的并行函數(shù)庫(kù)。
　　該并行函數(shù)庫(kù)通過(guò)分析MPI中主從結(jié)構(gòu)的并行編程模式和并行計(jì)算中較常用到的并行算法提出的、面向數(shù)組計(jì)算領(lǐng)域、具有面向?qū)ο筇卣鞯牟⑿兴惴◣?kù)。該庫(kù)提供了常用的典型數(shù)值并行算法的封裝函數(shù)，

4、為開發(fā)人員提供高層次的并行程序接口。
　　為了使開發(fā)的并行函數(shù)庫(kù)更為結(jié)構(gòu)化，該庫(kù)采用了層次式體系結(jié)構(gòu)的思想。并行函數(shù)庫(kù)被按照功能不同劃分為四個(gè)層次：基礎(chǔ)支撐層、消息通信層、數(shù)據(jù)劃分層和應(yīng)用接口層。其中，應(yīng)用接口層為該并行函數(shù)庫(kù)的最高層，為開發(fā)人員提供直接調(diào)用的接口。應(yīng)用接口層是基于基礎(chǔ)支撐層、數(shù)據(jù)劃分層和消息通信層實(shí)現(xiàn)的，而基礎(chǔ)支撐層、消息通信層和數(shù)據(jù)劃分層則完成了并行函數(shù)庫(kù)的基礎(chǔ)構(gòu)建。
　　最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，使用該并行函數(shù)