14、并行编程模型与数组数据分布全解析

并行编程模型与数组数据分布全解析

1. 元组空间操作与显式通信同步编程模型

在并行编程领域，元组空间操作是一种重要的概念。元组空间操作主要包含以下几种：
- in ：从元组空间读取并移除一个元组。
- read ：从元组空间读取一个元组，但不将其移除。
- out ：向元组空间写入一个元组。

要从元组空间中检索元组，需要为部分数据字段指定所需的值，这些值会被解释为键。对于分布式地址空间，元组空间的访问操作必须通过涉及的进程之间的通信操作来实现。例如，在一个 Linda 程序中，如果进程 A 向元组空间写入一个元组，之后该元组被进程 B 检索，那么就必须生成一个从进程 A（发送）到进程 B（接收）的通信操作。不过，根据执行平台的不同，这种通信可能会产生大量的开销。除了 Linda，基于元组空间的其他方法还包括 IBM 的 TSpaces 和 Java Jini 技术中的 JavaSpaces。

显式通信和同步编程模型要求程序员指定并行执行的所有细节，包括所需的通信和同步操作。这种模型的优点是可以使用标准编译器，并且程序员能够明确控制并行执行的所有细节，通常可以提供高效的并行程序。但缺点是程序开发需要大量的工作。属于这一类的编程模型有消息传递模型（如 MPI）和基于线程的模型（如 Pthreads）。

2. 并行编程模式

并行程序由一系列任务组成，这些任务由多个处理器上的进程或线程执行。为了构建并行程序，可以使用多种组织形式，这些形式可以通过特定的编程模式来体现。以下是一些常见的并行编程模式：