基于MPI的并行函數(shù)庫的設計與實現(xiàn).pdf

1、隨著工程科學領域對高性能計算需求的加劇，科學計算的規(guī)模迅速膨脹。例如軍事、能源、醫(yī)學、生物、氣象和人工智能等領域需要更加快速有效的計算能力。傳統(tǒng)的串行計算無法滿足超級計算的需求，網(wǎng)絡并行計算發(fā)展起來。
　　伴隨著并行計算的發(fā)展，出現(xiàn)了服務于并行計算的支撐平臺，如MPI、PVM等。這些平臺都提供了用以實現(xiàn)并行計算基本功能的API接口，開發(fā)人員通過調用這些平臺提供的函數(shù)進行并行程序開發(fā)。但這些平臺的共同特點是應用接口復雜，需開發(fā)人員熟

2、練掌握，對開發(fā)人員的要求較高，開發(fā)效率低下，容錯性差，復用率低下，進而導致并行計算發(fā)展緩慢。
　　由于并行程序在分析和設計時要考慮到任務分配、數(shù)據(jù)劃分、進程間的通信和同步等底層問題，同時要求開發(fā)人員熟練掌握支撐平臺提供的復雜函數(shù)來完成數(shù)據(jù)劃分和進程通信。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)庫是在MPI提供的函數(shù)接口的基礎上實現(xiàn)的。M

3、PI是一個相對比較成熟的標準，幾乎所有并行計算機制造商都對其提供支持，一個正確的MPI程序可直接在任何并行機上運行。該并行函數(shù)庫在MPI的基礎上進行了封裝及擴展，設計并實現(xiàn)了一個基于MPI的、應用面向對象技術的、提供了較全面的應用接口的并行函數(shù)庫。
　　該并行函數(shù)庫通過分析MPI中主從結構的并行編程模式和并行計算中較常用到的并行算法提出的、面向數(shù)組計算領域、具有面向對象特征的并行算法庫。該庫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)庫更為結構化，該庫采用了層次式體系結構的思想。并行函數(shù)庫被按照功能不同劃分為四個層次：基礎支撐層、消息通信層、數(shù)據(jù)劃分層和應用接口層。其中，應用接口層為該并行函數(shù)庫的最高層，為開發(fā)人員提供直接調用的接口。應用接口層是基于基礎支撐層、數(shù)據(jù)劃分層和消息通信層實現(xiàn)的，而基礎支撐層、消息通信層和數(shù)據(jù)劃分層則完成了并行函數(shù)庫的基礎構建。
　　最后通過實驗證明，使用該并行函數(shù)