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  • 本代码包含了matlab 并行程序设计实战一书中实例代码,为学习者提供极大方便
  • (一)并行程序设计模式的介绍

    千次阅读 2018-01-15 21:22:05
    并行程序设计模式的介绍 并行程序设计模式的介绍 Future模式 Master-Worker模式 Guard Suspension保护性暂挂模式 Immutable Object不变模式 Two-phase Termination两阶段终止模式 Producer-Consumer生产者-消费者...

    并行程序设计模式的介绍

    Future模式

       Future模式有点类似商品订单,是将异步请求和代理模式联合的模型产物
       客户端发送一个长时间的请求,服务端不需等待该数据处理完成便立即返回一个伪造的代理数据(相当于商品订单,不是商品本身),用户也无需等待,先去执行其他的若干操作后,再去调用服务器已经完成组装的真实数据。该模型充分利用了等待的时间片段。
    
    角色作用
    Main启动系统,调用Client发出请求;
    Client返回Data对象,理解返回FutureData,并开启ClientThread线程装配RealData;
    Data返回数据的接口;
    FutureDataFuture数据,构造很快,但是是一个虚拟的数据,需要装配RealData;
    RealData真实数据,构造比较慢。

    Master-Worker模式

       系统由两类进程协同工作:Master进程和Work进程。Master近成负责接收和分配工作,work进程负责处理子任务。当各个Worker进程将子任务处理完成后,将结果返回给Master进程,有Master进程归纳和汇总,从而得到系统的最终结果。
       Master-worker模式的好处模式的好处,他能够将一个大任务分解成若干个小任务,并行执行,从而提高系统的吞吐量。
       Master-Worker模式是一种使用多线程进行数据处理的结构,多个Worker进程协作处理用户请求,Master进程负责维护Worker进程,并整合最终处理结果。
    
    角色作用
    Worker用于实际处理一个任务;
    Master任务的分配和最终结果的合成;
    Main启动程序,调度开启Master。

    Guard Suspension保护性暂挂模式

      Guarded Suspension模式意为保护暂停,核心思想是当服务进程准备好时,才提供服务。当服务器在很短时间内承受大量的客户端请求,客户端请求的数量可能超过服务器本身的即使处理能力,所以让客户端一个一个排队,由服务端程序一个接一个处理。
      Guarded Suspension模式在一定程度上环节系统的压力,可以将系统的负载在时间轴上均匀的分配,使用该模式后,可以有效降低系统的瞬时负载,可以提高系统的抗压力和稳定性有一定帮助。
    
    角色作用
    Request表示客户端请求
    RequestQueue用于保存客户端请求队列
    ClientThread客户端进程
    ServerThread服务器进程

    Immutable Object不变模式

      不变模式天生就是多线程友好,它的核心思想是,一个对象一旦创建,它的内部状态将永远不会改变,所有,没有一个县城可以修改其内部状态和数据,同时,其内部状态也绝不会自行发生改变。
      不变模式和只读模式的区别:不变模式具有更强的一致性和不变性,对只读属性的对象而言,对象不能被其他线程修改,但是对象的自身状态却可能自行修改。
      应用场景:对象创建后,其内部状态和数据不在发生任何变化。或者对象需要被共享、被多线程频繁访问。
    

    Two-phase Termination两阶段终止模式

     在多线程中,线程会因为各种原因停止,但这并不简单。首先Java没有提供直接的API用于停止线程。而且停止线程的时候还有一些问题需要处理,比如线程的信息保存问题。所以需要有程序优雅的停止线程。
      解决这个问题分为两个时间短,第一个时间段是准备阶段,这个阶段通知目标线程,使得线程开始进行相关处理。第二时间段是执行阶段,检查准备阶段设置的线程停止标志和信号,在次基础上决定线程停止的时机,并进行适当的“清理”操作。 
      用一个ImmutableObject类来存储不可变值的信息,改参与者不对外暴露任何可以修改其状态的方法,另一个类负责维护上一个类所创建信息的实体的变更,党相应的现实实体状态变更是,改参与者负责生成新的ImmutableObject,以反应新的状态。
    

    Producer-Consumer生产者-消费者模式

      生产者-消费者模式中,生产者线程负责提交用户请求,消费者线程则负责集体处理生产者提交的任务。生产者和消费者之间通过共享共享内存缓冲区进行通信。
    
    角色作用
    生产者用于提交用户请求,提取用户任务,并装入内存缓冲区
    消费者在内存缓冲区中提取并处理任务
    内存缓冲去缓存生产者提交的任务或数据,供消费者使用
    任务生产者向内存缓冲区提交的数据结构
    Main使用生产者和消费者的客户端

    Active Object主动对象模式

      有的时候需要线程中的方法与调用分离,即在线程外用方法调用线程内方法,可是线程内的方法不能被直接调用,所以需要这里的主动对象模式处理这个问题。
    

    Thread Pool(线程池)模式

       一个系统中的线程相对与其所要处理的任务而言,总有一种非常有限的资源,线程不仅在其执行任务是需要消耗CPU时间和内存等资源,线程对象本身以及线程所需的调用栈也占用内存,并且Java中创建一个线程往往意味着JVM会创建相应的依赖与宿主机操作系统的本地线程。所以,为每个或者每一批任务创建一个线程以对其进行执行,通常是一种奢侈而不现实的事情。
    

    Thread Specific Storage(线程特有存储)模式

       多线程相关问题,引入线程安全、死锁等对根就地是多变成共享变量导致的。如果解决了共享变量的问题,就可以让一部分无需共享变量的线程没有线程安全的问题。
    

    Thread Confinement(串行线程封闭)模式

       如果并发任务的执行涉及某个非线程安全对象,而很多时候我们又不希望因此而引入锁。
    

    Pipeline(流水线)模式

       有时一些线程的步奏比较冗长,而且由于每个阶段的结果与下阶段的执行有关系,又不能分开
    

    Half-sync/Half-async(半同步/半异步)模式

       同步和异步各有各的优势,有没有一个方法,能够既保持了同步编程的简单性,又充分发挥异步编程在提高系统并发性方面的优势。
    
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    高性能计算之并行编程技术MPI并行程序设计(完整版)

    高性能计算之并行编程技术

    —— MPI并行程序设计

    都志辉 编著

    李三立 审阅

    陈渝 刘鹏 校对

    I

    内容提要

    本书介绍目前最常见的并行程序— MPI并行程序的设计方法 它适合高校三四年级本科

    生 非计算机专业研究生作为教材和教学自学参考书 也适合于广大的并行计算 高性能计

    算 用户作为自学参考书使用 对于有FORTRAN和C编程经验的人员 都可以阅读并掌握

    本书的内容

    首先介绍了并行程序设计的基础 提供给读者进行并行程序设计所需要的基本知识 然

    后介绍了MPI 的基本功能 从简单的例子入手 告诉读者MPI程序设计的基本过程和框架

    这一部分是具有C或/FORTRAN 串行程序设计经验的人员很容易理解和接受的 接下来介绍

    MPI程序设计的高级特征 是已经掌握了MPI基本程序设计的人员进一步编写简洁 高效的

    MPI程序 使用各种高级和复杂的MPI功能所需要的 最后一部分介绍了MPI 的最新发展和

    扩充MPI-2 主要包括三个部分 动态进程管理 远程存储访问和并行文件读写

    本书包括了MPI-1 的全部调用和MPI-2 的关键扩充部分的调用 并附以大量的图表和示

    例性程序 对程序的关键部分给出了讲解或注释 读者若能将例子和对MPI调用的讲解结合

    起来学习 会取得更好的效果

    本书的目的 不仅是教给读者如何去编写从简单到复杂的MPI并行程序 更重要的是

    希望在学习本书之后 在读者以后解决问题的过程中 能够树立并行求解的概念 使并行方

    法真正成为广大应用人员和程序开发员手中的重要工具

    II

    目录

    序IX

    前言XI

    程序列表 XII

    图列表XIV

    表格列表 XVII

    第一部分 并行程序设计基础 1

    第1章 并行计算机2

    1.1 并行计算机的分类 2

    1.1.1 指令与数据2

    1.1.2 存储方式3

    1.2 物理问题在并行机上的求解 4

    1.3 小结 5

    第2章 并行编程模型与并行语言6

    2.1 并行编程模型 6

    2.2 并行语言 7

    2.3 小结 8

    第3章 并行算法9

    3.1 并行算法分类 9

    3.2 并行算法的设计 9

    3.3 小结 11

    第二部分 基本的MPI并行程序设计12

    第4 章MPI简介 13

    4.1 什么是MPI13

    4.2 MPI 的目的13

    4.3 MPI 的产生14

    4.4 MPI 的语言绑定14

    4.5 目前主要的MPI实现15

    4.6 小结15

    第5章第一个MPI程序 16

    5.1 MPI实现的 Hello World! ”16

    5.1.1 用FORTRAN77+MPI实现 16

    5.1.2 用C+MPI实现 18

    5.2 MPI程序的一些惯例21

    5.3 小结22

    第6章六个接口构成的MPI子集23

    6.1 子集介绍23

    6.1.1 MPI调用的参数说明23

    III

    6.1.2 MPI初始化25

    6.1.3 MPI结束25

    6.1.4 当前进程标识25

    6.

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    在读到如题所写的希尔排序并行化代码时,感觉写的不对,毕竟是打印成书了,觉得会不会自己错了。

    并行化希尔排序是利用各个子数组之间的独立运算来完成的。而文中的并行是把当前h下,把子数组来了个并行排序,这已经违背了数组本身不能并行排序的核心。
    不知道新版有没有变化,后面去求证。

    展开全文
  • 针对形式化程序验证中的并行调度问题,提出了基于依赖集的算法。通过引入依赖图和依赖集概念,以形式化...最后在此基础上设计并行调度算法并应用于计算机辅助程序验证系统。实验结果表明,该方法具有较高的并行效率。
  • 介绍了一种异构环境下的并行调试及性能分析工具...通过对并行程序源代码的分析处理,利用自动插桩模板插入用于调试和性能分析的用户代码,从而对并行程序进行断点调试和性能参数收集,达到进一步优化程序设计的目的。
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  • MPI并行程序设计学习整理

    千次阅读 2017-06-08 17:00:17
    时间坐标:2017.06 大三下MPI并行编程是在大数据处理中很有意义的方法,能够在串行的基础上提高程序运行的效率,并行的去计算海量的数据。 这篇文章可能会随着学习的深入不断的更新~ Introduction to MPI 学MPI的...

    时间坐标:2017.06 大三下

    MPI并行编程是在大数据处理中很有意义的方法,能够在串行的基础上提高程序运行的效率,并行的去计算海量的数据。
    这篇文章可能会随着学习的深入不断的更新~

    1. Introduction to MPI
      学MPI的时候,老师首先给我们回顾了一下并行编程的一些模式:
      并行可以分为两种:一种是任务并行,另一种是数据并行,根据这两种性质可以分为以下4种模式:
      SIMD(Single Instruction Multiple Data):单指令多数据模式
      SPMD(Single Program Multiple Data):单程序多数据模式 (这种貌似是最常用的模式)
      MIMD(Multiple Instruction Multiple Data):多指令多数据模式
      MPMD(Multiple Program Multiple Data):多程序多数据模式

      然后介绍到底什么是MPI:
      MPI——Message Passing Interface 信息传递接口
      这里直接把百度百科放过来:
      MPI是一个跨语言的通讯协议,用于编写并行计算机。支持点对点和广播。MPI是一个信息传递应用程序接口,包括协议和和语义说明,他们指明其如何在各种实现中发挥其特性。MPI的目标是高性能,大规模性,和可移植性。MPI在今天仍为高性能计算的主要模型。
      主要的MPI-1模型不包括共享内存概念,MPI-2只有有限的分布共享内存概念。 但是MPI程序经常在共享内存的机器上运行。在MPI模型周边设计程序比在NUMA架构下设计要好因为MPI鼓励内存本地化。
      尽管MPI属于OSI参考模型的第五层或者更高,他的实现可能通过传输层的sockets和Transmission Control Protocol (TCP)覆盖大部分的层。大部分的MPI实现由一些指定惯例集(API)组成,可由C,C++,Fortran,或者有此类库的语言比如C#, Java or Python直接调用。MPI优于老式信息传递库是因为他的可移植性和速度。

    与OpenMP并行程序不同,MPI是一种基于信息传递的并行编程技术。消息传递接口是一种编程接口标准,而不是一种具体的编程语言。简而言之,MPI标准定义了一组具有可移植性的编程接口。

    2.有关MPI的初始化和常用函数
    以下几个基本是MPI每个程序都会有的,
    ① MPI_Comm comm = MPI_COMM_WORLD;
    ② MPI_Comm_Init(&argc,&argv); //初始化MPI执行环境,建立多个MPI进程之间的联系,为后续通信做准备
    ③MPI_Comm_Rank(comm,&rank); //用来标识各个MPI进程,给出调用该函数的进程的进程号,返回整型的错误值。两个参数:MPI_Comm类型的通信域,标识参与计算的MPI进程组; &rank返回调用进程中的标识号
    ④ MPI_Comm_Size(comm,&size); //用来标识相应进程组中有多少个进程
    ⑤ MPI_Finalize(); //结束MPI执行环境

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并行程序设计论文