MPI讲义 Part1：并行计算的基础

1、并行计算
并行计算是一种计算类型，其中许多计算或者过程的执行时同时进行的。

2、硬件
2.1 超级计算机

2.2 并行计算单元

• 隐式并行
  并行执行不同的处理器指令；
  自动发生；
  程序员只能间接影响。
• Multi-core/Multi-CPU
  计算单元共享相同的内存
• 集群
  通过交互链接的独立系统
  每个系统有自己的内存
• 加速器
  比通用CPU更快的速度执行某些任务
  做出不同的权衡
  通常有自己的内存
• 向量处理器/向量单元
  同时在多个数据块执行相同的操作

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2.3 内存

• 共享内存（shared memory)
  所有内存都可以被并行计算单元直接访问
  有单个内存地址空间
  程序员可能必须同时访问
• 分布式内存（shared memory)
  内存被划分为不同计算单元专用的部分
  内存的远程部分是通过互连来访问的
  通常访问不一致

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3 软件

3.1 进程、线程、任务（processes/threads/tasks)

• 进程
  通常，多个进程可以共存，每个进程都有自己的相关资源集(内存、文件描述符等)
• 线程
  通常比进程小
  一个进程通常有多个线程
  同一个进程的线程可以共享资源
• 任务
  通常比线程小
  一个线程可以有多个任务

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3.2 分布式状态和消息传递

• 分布式状态
  程序状态被划分为不同进程私有的部分
• 消息传递
  部分程序状态从一个进程转移到另一个进程以进行协调
  基本操作是活动发送与接收
• MPI
  实施一种分布式状态和消息传递的形式

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3.3 共享状态与同步

• 共享状态
  整个程序状态可以直接被并行线程直接访问
• 同步synchronization
  线程可以使用公共的负载和存储操作共享状态
• OpenMP
  实现共享状态与同步