MPI/OMP并行编程课程讲义

简介：
《MPI/OMP并行编程课程讲义》是一份全面介绍消息传递接口(MPI)和开放多线程编程(OMP)技术的教学资料，旨在帮助学生掌握高性能计算中并行程序设计的关键技能。 并行程序设计是计算机科学中的一个重要领域，它旨在利用多处理器或多核系统来提高计算效率。MPI（Message Passing Interface）和OpenMP是两种常见的并行编程模型，在分布式内存和共享内存系统中被广泛使用。 MPI是一种标准库，用于编写在分布式内存系统上的并行程序。每个进程都有自己的内存空间，并通过进程间通信协调不同计算节点的工作。核心概念包括进程、通信、点对点通信（如send和recv）以及集合通信（如broadcast、reduce和scattergather）。程序员需要显式地处理数据交换，这增加了编程复杂性但提供了灵活性。 相比之下，OpenMP是一种支持多线程的API，在共享内存系统中进行并行编程。它基于编译器指令，允许开发者通过添加注解来指定并行区域。主要特性包括并行化循环、同步原语（如barrier和mutex）、工作共享构造（如parallel for）以及动态任务调度。相比MPI，OpenMP更易于使用，并特别适合于数据局部性强且具有明显并行性的代码段。 在学习这些工具时，你将了解如何通过调整串行代码来优化程序性能。课程会介绍并行编译的概念、重要的编译器选项和库设置等关键步骤。任务划分是设计的关键部分，包括决定哪些部分可以并行执行以及如何分配工作负载以避免数据竞争。 课件还重点介绍了各种并行策略，如数据并行（将大型数据集分成小块在多处理器上同时处理）、任务并行（分解为独立的任务进行执行）和混合并行。此外，它深入讲解了MPI的点对点通信、集合操作以及OpenMP中的同步原语和动态任务调度等关键概念。 通过学习这些工具和技术，无论是新手还是有经验的开发者都能编写出高效且可扩展的应用程序以适应现代多核与集群环境的需求。