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基于多核机群环境的并行程序设计方法研究-MPI+OpenMP混合编程

作　者: 王杰
导　师: 王文义
学　校: 中原工学院
专　业: 计算机应用技术
关键词: 高性能计算 多核机群 MPI+OpenMP 混合编程
分类号: TP338.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


高性能计算HPC(High Performance Computing)是验证计算机系统处理能力和计算速度的一种有效手段。如今，高性能计算在国内外受到高度重视，其地位与作用已被广泛接受，它已成为解决国家级重大尖端问题的必由之路。目前，高性能计算在分子材料研究、地质勘探、气象、海洋气候、基因工程和军事技术等领域均已取得了巨大的成就。本文把搭建的多核心PC机为节点的机群系统作为平台，成功地完成了对MPI+OpenMP混合编程模型的运行环境配置，并在单节点多核计算机上分别完成了对串行程序、MPI并行程序和OpenMP并行程序的运行时间和加速比的对比分析。进而又重点在由多节点所组成的基于Windows的机群系统上，尝试完成了MPI+OpenMP两种程序的混合编程实验，通过对获得的程序运行时间、加速比和效率的数据结果的分析，得到了在多节点机群上采用MPI+OpenMP的细粒度的混合编程模式要比单用MPI设计的并行程序更适合多核PC机群的特点，从而更能充分发挥出多节点机群系统效率的结论。最后，论文总结了所做的工作和下一步的努力方向。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1.绪论  9-13
  1.1 背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 本论文所做工作、目的和意义  11-13
    1.3.1 本文所做工作  12
    1.3.2 论文的目的与意义  12-13
2.并行程序设计基础  13-21
  2.1 并行计算机体系结构  13-17
    2.1.1 共享存储体系结构  13-15
    2.1.2 分布式存储结构  15-17
    2.1.3 分布式共享存储结构  17
  2.2 并行编程设计模型  17-21
    2.2.1 数据并行模型  17-18
    2.2.2 消息传递模型  18-19
    2.2.3 共享变量模型  19-21
3.MPI 和 OpenMP 编程环境配置  21-28
  3.1 MPI 消息传递编程模型  21-24
    3.1.1 MPI 的语言支持  21-22
    3.1.2 MPI 的函数  22
    3.1.3 MPI 并行程序设计模式  22-24
  3.2 OpenMP 编程模型  24-27
    3.2.1 OpenMP 并行编程模型  24-26
    3.2.2 OpenMP 程序开发形式  26-27
  3.3 MPI 与 OpenMP 性能比较  27-28
4.MPI+OpenMP 的混合编程模型  28-40
  4.1 混合编程模型的优势  28-29
  4.2 MPI+OpenMP 混合编程基础  29-34
  4.3 混合编程的优化  34-40
    4.3.1 进程通信  34-35
    4.3.2 线程并行  35-36
    4.3.3 数据共享  36
    4.3.4 通过乱系执行提高并行能力  36-37
    4.3.5 更好的发挥 Cache 的效能  37-40
5.混合编程模型的实例测试  40-59
  5.1 多核机群硬件环境搭建  40-41
  5.2 软件环境配置  41-44
    5.2.1 MPICH 安装配置  41-43
    5.2.2 OpenMP 配置  43
    5.2.3 MPICH 与 OpenMP 在 Visual Studio 2008 中的配置  43-44
  5.3 单节点的测试  44-52
    5.3.1 矩阵运算算法描述  45
    5.3.2 基于 MPI 的矩阵运算  45-48
    5.3.3 基于 OpenMP 的矩阵乘法  48-50
    5.3.4 两种测试结果比较分析  50-52
  5.4 机群上测试  52-58
    5.4.1 矩阵相乘的混合编程  52-54
    5.4.2 混合程序的执行测试  54-55
    5.4.3 测试分析  55-58
  5.5 小结  58-59
6.总结和展望  59-61
参考文献  61-64
附录：攻读学位期间发表的学术论文及参与项目  64-65
致谢  65-66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 各种电子数字计算机 > 并行计算机
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