PC集群系统的并行开发环境MPI及其程序性能的分析研究

摘要

设计高效的并行程序是实现高性能计算的关键,常用的并行编程工具有MPI、PVM、Linda等,其中消息传递接口MPI(Message Passing Interface)更以其移植性好、功能强大、效率高等优点而成为当前最重要的并行编程工具.获取高性能是并行处理的重要目标之一,有效速度是其中较重要的因素.串行程序的设计20多年来经过结构化、过程化、面向对象技术等的应用,大大提高了串行软件的开发效率.相对于串行程序,并行程序的设计不仅编写困难,对程序进行分析更难.并行机的复杂性决定了相应程序的编写、调试和分析的困难.虽然目前并行机的峰值速度令人惊讶,但是实际实现时往往最多只能达到25﹪左右.当前,实现并行程序的性能测试,分析并行程序性能,进而指导程序的优化,提供性能参数,改进系统的设计,具有很大的现实意义,该文对并行程序的实用性能测试方法进行了分析研究.性能分析工具一般分静态和动态,静态采用模拟或分析方法获取源程序中的有关性能数据报告给用户,虽然能针对不同的程序和运行环境给出性能预测,但准确性不高;动态采用测量的方法收集程序运行中的各种性能数据,即时或事后报告给用户,数据比较准确,该文主要使用动态分析原理,利用MPI作为底层编程环境,在高层使用MPE(MultiProcessing Environment)以实现对程序性能的可视显示.

目录

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第一章MPI背景及最新发展

§1.1 MPI出现背景

§1.2并行计算机模型和并行程序设计模型

1.2.1并行计算机模型

1.2.2并行程序设计模型

1.2.3消息传递模型的优点

§1.3并行体系结构

1.3.1并行计算机结构模型

1.3.2并行计算机访存模型

§1.4 PC集群最新发展

第二章利用MPI进行程序设计

§2.1消息传递

2.1.1发送数据

2.1.2接收数据

2.1.3约定协议

2.1.4 MPI发送方式的匹配协议

2.1.5约定协议和紧迫协议的比较

§2.2 MPI并行程序开发平台

2.2.1 MPI的主要特征

2.2.2 MPI的若干新性能

§2.3用MPI实现并行程序设计

2.3.1 MPI调用的参数说明

2.3.2六个基本的函数调用

2.3.3并行算法的实现

§2.4数据传输的可靠性

第三章MPI的通信分析

§3.1非阻塞通信

§3.2虚拟拓扑结构

§3.3用非阻塞通信实现迭代

§3.4主动消息与MPI

3.4.1消息传递的效率

3.4.2主动消息(ActiveMessage)

第四章MPI的应用技术分析

§4.1并行库

4.1.1对并行库的需求

4.1.2支持库的MPI特征

4.1.3用Ibcast例程构建并行库

4.1.4用Ibcast例程中的广播树

4.1.5构造并行库的策略

§4.2 MPI中的数据发送方式

4.2.1 count参数

4.2.2派生类型与MPI_TYPE_STRUCT

4.2.3MPI_Pack和MPI_Unpack

4.2.4三种打包发送的性能分析

第五章MPI实现分析

§5.1 MPI与其它类似环境

5.1.1 MPI与隐式并行

5.2.2 MPI与PVM

§5.2 MPI的实现

5.3.1 LAM(local area machine)

5.3.2 MPICH

第六章MPI应用程序的性能检测与分析

§6.1并行程序性能分析方式

6.1.1静态性能分析(Static Performance Analysis)

6.1.2动态性能分析(Dynamic Performance Analysis)

§6.2 MPE和记录文件分析

6.2.1 MPE(MultiProcessing Environment)

6.2.2记录文件

§6.3实用检测方法

6.3.1联机分析

6.3.2脱机分析

§6.4存在的问题及进一步的工作

参考文献

致谢