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本书作者长期从事相关课程的教学及科技开发工作，具有丰富的教学、科研经验，编写的教材符合教学规律，已被多所高校选用。

内容简介

本书旨在通过示例全面介绍MP1并行程序开发库的使用方法、程序设计技巧等方面的内容，力争完整讨论MP1规范所定义的各种特征。主要也括MPI环境下开发并行程序常用的方法、模式、技巧等内容。在内容组织上力求全面综合地反映MPl-1和MPI-2规范。对MPI所定义的各种功能、特征分别给出可验证和测试其工作细节的示例程序

作者简介

作者是清华大学教师

目　　录

第1章 MPI并行环境及编程模型
　1.1 MPICH2环境及安装和测试
　　1.1.1 编译及安装
　　1.1.2 配置及验汪
　　1.1.3 应用程序的编译、链接
　　1.1.4 运行及调试
　　1.1.5 MPD中的安全问题
　1.2 MPI环境编程模型
　　1.2.1 并行系统介绍
　　1.2.2 并行编程模式
　　1.2.3 MPI程序工作模式
　1.3 MPI消息传递通信的基本概念
　　1.3.1 消息
　　1.3.2 缓冲区

第1章 MPI并行环境及编程模型 　1.1 MPICH2环境及安装和测试 　　1.1.1 编译及安装 　　1.1.2 配置及验汪 　　1.1.3 应用程序的编译、链接 　　1.1.4 运行及调试 　　1.1.5 MPD中的安全问题 　1.2 MPI环境编程模型 　　1.2.1 并行系统介绍 　　1.2.2 并行编程模式 　　1.2.3 MPI程序工作模式 　1.3 MPI消息传递通信的基本概念 　　1.3.1 消息 　　1.3.2 缓冲区 　　1.3.3 通信子 　　1.3.4 进样号和进程纰 　　1.3.5 通价胁议 　　1.3.6 隐形对象 第2章 点到点通信 　2.1 阻糍通信 　　2.1.1 标准通信模式 　　2.1.2 缓冲通信模式 　　2.1.3 就绪通信模式 　　2.1.4 同步通信模式 　　2.1.5 小结 　2.2 非阻塞通信 　　2.2.1 通信结束测试 　　2.2.2 非重复的非阻塞通信 　　2.2.3 可醺复的非阻塞通信 　　2.2.4 Probe和Cancel 　2.3 组合发送接收 　　2.3.1 MPl_Send,MPI_RecvoMPl_Sendreev 　　2.3.2 MPI_Bsend←→MPl_Sendrecv 　　2.3.3 MPI_Rsend←→MPI_Sendrecv 　　2.3.4 MPl_Ssend←→MPl_Sendrecv 　　2.3.5 MPl_lsend←→MP1一Sendrecv 　　2.3.6 MPl_Ibsend←→MPI_Sendrecv 　　2.3.7 MPI_Irsend←→MPI_Sendrecv 　　2.3.8 MPl_Issend,MPI_Irecv←→MPI_Sendrecv 　　2.3.9 MPI Send_init←→MPl_Sendrecv 　　2.3.10 MPI一Bsendj init←→MPl_Sendrecv 　　2.3.11 MPI_Rsend_init←→MPI_Sendrecv 　　2.3.12 MPl_Ssend_init,MPl_Recv_init←→MPl_Sendrecv 　2.4 点到点通信总结 　　2.4.1 关于预防死锁 　　2.4.2 关于阻塞与非阻塞、同步与异步 　　2.4.3 关于操作的执行顺序及“公平性” 第3章 组与通信子 　3.1 简介 　3.2 组管理API 　　3.2.1 组的构建及取消 　　3.2.2 访问组的相关信息和属性 　3.3 组问通信 　　3.3.1 创建与取消 　　3.3.2 访问通信子信息 　3.4 组间通信 　　3.4.1 访问函数 　　3.4.2 构造和取消函数 　3.5 属性 　　3.5.1 创建及释放属性操作 　　3.5.2 访问属性操作 　　3.5.3 设置及删除属性操作 　　3.5.4 命名通信子对象 　3.6 错误处理 　3.7 组及通信子的小结 第4章 集合通信 　4.1 1←→N 　　4.1.1 MPI_Bcast 　　4.1.2 MPI_Scatter/MPI_Scatterv 　4.2 N←→1 　　4.2.1 MPl_Gather/MPI_Gatherv 　　4.2.2 MPI_Reduce 　4.3 N←→N 　　4.3.1 MPI_Allgather/MPI_Allgatherv. 　　4.3.2 MPI_Allreduce 　　4.3.3 MPl_Reduce scatter 　　4.3.4 MPI_Alltoall/MPI Alltoallv/MPI_Alltoallw 　　4.3.5 MPI_Scan/MPI_Exscan 　4.4 同步操作--MPI_Barrier 第5章 数据类型 　5.1 类型图 　5.2 与数据类型相关的API函数 　　5.2.1 创建 　　5.2.2 访问 　　5.2.3 注册与取消 　5.3 数据类型在通信函数缓冲区的构成 　5.4 数据类型的属性 　　5.4.1 属性创建与释放 　　5.4.2 属性操作 　 　　5.4.3 复制数据类型 　　5.4.4 类型属性举例 　　5.4.5 数据类型命名 　5.5 数据类型的析构 　　5.5.1 获取创建数据类型MPI函数所使用参数数量信息 　　5.5.2 获取创建数据类型MPI函数所使用实际参数信息 　　5.5.3 示例 　5.6 打包／解包 第6章 进程拓扑 第7章 动态进程管理 第8章 单向通信／远端内存访问 第9章 并行I／O 第10章 MPI与外部环境的信息交互 第11章 MPE 参考文献

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前　　言

作为理论和实验之外的科学研究的第3种手段，高性能计算已经并将继续在科学和工程领域发挥越来越重要的作用。理科各专业、工程技术、经济管理、生物医学、社会科学乃至媒体艺术等各个领域都要用到高性能计算设施进行辅助研究和设计。清华大学高性能计算平台支持的校内各学科科研工作几乎涵盖了上述所有领域。
多核技术、集群技术、混合体系结构等技术都在飞速发展，特别是在近几年多核技术的快速发展和广泛应用，对应用软件的并行设计提出了更高挑战。实际执行计算任务的应用软件要能够充分挖掘硬件平台提供的计算能力，期望其能够对核间合作、CPU间合作，节点间合作具备适应和识别能力。我们在高性能计算平台的运行和教学过程中，深感并行软件的质量和效率在高性能计算中的重要作用。鉴于目前大部分高性能计算平台均提供MPI并行环境，高性能计算机的评测标准也基于MPI库制定，因此我们编写了这本基于MPI的并行计算技术教材，以期能够为工程技术人员、科研工作者的并行软件开发工作提供一定的帮助和指导。
对初次接触并行程序的读者而言，首要问题是理解MPI并行程序的编程模型，为此，本书首先简要介绍了MPI并行程序的工作模型，然后给出并行程序开发所需的点到点通信和集合通信等基本功能。

作为理论和实验之外的科学研究的第3种手段，高性能计算已经并将继续在科学和工程领域发挥越来越重要的作用。理科各专业、工程技术、经济管理、生物医学、社会科学乃至媒体艺术等各个领域都要用到高性能计算设施进行辅助研究和设计。清华大学高性能计算平台支持的校内各学科科研工作几乎涵盖了上述所有领域。
多核技术、集群技术、混合体系结构等技术都在飞速发展，特别是在近几年多核技术的快速发展和广泛应用，对应用软件的并行设计提出了更高挑战。实际执行计算任务的应用软件要能够充分挖掘硬件平台提供的计算能力，期望其能够对核间合作、CPU间合作，节点间合作具备适应和识别能力。我们在高性能计算平台的运行和教学过程中，深感并行软件的质量和效率在高性能计算中的重要作用。鉴于目前大部分高性能计算平台均提供MPI并行环境，高性能计算机的评测标准也基于MPI库制定，因此我们编写了这本基于MPI的并行计算技术教材，以期能够为工程技术人员、科研工作者的并行软件开发工作提供一定的帮助和指导。
对初次接触并行程序的读者而言，首要问题是理解MPI并行程序的编程模型，为此，本书首先简要介绍了MPI并行程序的工作模型，然后给出并行程序开发所需的点到点通信和集合通信等基本功能。
本书有机整合了MPI-1和MPI-2规范，在集合通信部分内容里（第4章）除了MPI-1规范的域内集合通信外对应地还给出了域间集合通信以及MPI-2对集合通信的几个扩展。在组与通信子部分内容里（第3章），同时也给出了域间通信子和域内通信子相关的操作。
在自定义数据类型（第5章）部分，除了MPI-1的连续、索引、向量、结构类型之外，还讨论了子数组类型和分布式数组数据类型以及数据类型相关的各种操作。
在第7章和第8章分别通过示例给出了MPI-2规范中增加的单向通信和动态进程管理等相关功能的使用说明和细节。第9章重点介绍了MPI-2规范定义的并行文件操作，为结构清晰和方便理解，把各种I/O操作的语义和特征做了对比说明，并通过示例加以验证。
第10章的内容，在MPI-2规范中被归类于MPI与外部环境交互的范畴，因此这里给出MPI与其所运行的系统环境进行交互所使用的几个手段，其中重点是多线程和通用化请求。实际上可以在多线程的MPI程序中使用OpenMP语法来实现节点内的多线程并行计算。
第6章是一个相对独立的章节，介绍了用于大多数数值计算应用程序中为管理物理网格和逻辑网格之间映射所设计的进程拓扑管理机制。
第11章主要介绍了MPI环境的扩展功能，其中包括日志机制和对X的图形化显示接口。X图形化接口目前提供的功能尚比较简单，本章最后给出了用图形化显示积分法计算π值过程的示例程序。
本书可作为高年级本科生和研究生并行计算相关课程的参考教材，根据具体的教学计划灵活选取章节。对关注应用层面的课程，可选第1章、第2章、第4章中组内通信相关部分内容进行讲授。建议对工作中涉及大规模数据处理的专业选择讲述第9章的部分内容。如讲授的内容涉及开发通用的中间软件、并行库等，则有必要掌握第3章、第5章、第6章、第7章、第8章所提供机制的灵活用法。
本书可作为工科类各专业高年级本科生、研究生课堂教学参考书，也可作为从事大规模数值计算的科研和工程技术人员的参考资料。由于作者水平所限，错误之处在所难免。欢迎广大读者提出批评指正意见，我们将随时更新原稿中的错误之处。
 
作者2008.9

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