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1、浙 江 科 技 学 院本 科 毕 业 论 文 ( 2011届)题 目 学生宿舍并行计算环境的搭建学 院 理学院 专 业 应用物理学 班 级 072 学 号 107102039 学生姓名 沈浩 指导教师 朱伦武 完成日期 2011年06月02日 浙江科技学院本科毕业论文学生宿舍并行计算环境的搭建学生姓名：沈浩指导教师：朱伦武 浙江科技学院理学院摘 要MPI是并行计算方面的重要技术之一，在许多科学技术领域都广泛采用了该技术。本文从硬件和软件两方面进行了可用于并行计算的小型机群的构建和运行，并从可能影响并行计算效率的几个方面进行的实验分析和比较。本次研究的具体步骤为首先简要地描述了研究目的、背景及实
2、验方法；然后再对并行计算与MPI的基本概念做了简要概述；其次对MPI技术的发展状况和MPICH2及相关软件的基本参数和功能进行了简单介绍；之后重点地描述了MPI并行机算环境的搭建及MPI程序的编译和调试；最后在将编译好的MPI程序在搭建的并行计算环境中运行，并根据运行所得到的数据以及相关信息总结出结论。 关键词： MPI 并行计算坏境 MPICH2 计算机群Parallel Computing in Dormitory by PasStudent: Shen Hao Advisor: Zhu LunwuSchool of science Zhejiang University of Scien
3、ce and TechnologyAbstractThe MPI is an important technical of parallel computation aspects which is widely used signal processing in many fields of science and technology.This paper, from the two aspects of hardware and software could be used for a parallel computation of small fleet in construction
4、 and operation, and by possible the efficiency of parallel computation of several aspects of the experimental to analysis and comparison.The research of the specific steps: Firstly, Briefly describes the basic concept of MPI and parallel computation, Then ,status of development of MPI and MPICH2 sof
5、tware are simply introduced ; Focus after the MPI parallel computing environments constructing and compiles running of MPI Program are described . Finally by the MPI program running get data and related information , to prove the value of the parallel computing environment .Keyword：MPI parallel comp
6、utation environment MPICH2 Computer cluster目 录中文摘要i英文摘要ii目录iii第一章 绪论11.1 研究动机与目的11.2 研究背景11.3 研究方法与系统描述2第2章 并行计算与MPI3 2.1 并行计算与MPI的基本概念3 2.2 MPICH2软件简介3第三章 并行计算环境的构建53.1 计算机群创建53.2 MPICH2及相关软件的安装配置7第4章 MPI程序的编译和调试9 4.1 编译环境简介9 4.2 程序调试9第5章 并行程序的运行及性能分析12 5.1 并行程序的运行12 5.2 网卡性能对计算加速的影响14 5.3 进程数量对计算加
7、速的影响15 5.4 核心数量和节点数量16 第6章 总结18致谢19参考文献20附录21 ii第1章 绪论1.1 研究动机与目的21世纪是一个人类文明飞速发展的世纪，本世纪应用最多的当属计算机。计算速率快计算精确度高是它的主要特性。从最初的冯诺依曼计算机到现在的超级计算机，虽然计算机发展的速度飞快，但对于越来越大的信息处理需求，单机的性能已经远远不能满足我们这个信息时代。软件是计算机处理数据实现的主要途径。传统意义上，一般的软件设计都是串行式计算的，即软件在一台只有一个CPU的计算机上运行，要处理的问题则会被分解成离散的指令序列，指令被一条接一条的执行，在任一时刻CPU上最多只有一条指令在运
8、行。这样的执行效率很大程度上势必取决于该计算机CPU的性能，虽然计算机更新速度很快，但事实上信息的增加速率远远超过了计算机性能的提高速率，为了更快更好的处理这些信息，便出现了并行计算理论。并行计算其实就像一种团队协作模式。在竞争激烈的当今社会，在很多情况下，无论个人能力多么的强悍，如果只靠自己的力量是完全不可能实现的；只有形成一个有组织有原则更有一志目标的团队，才能出色的完成任务，解决问题。虽然计算机的单机能力现今已非常强大，但是为了能解决更加复杂更加困难的问题，更加效率更加出色的完成任务，就必须像人类一样组成一个自己的团队，这里称计算机团队为计算机群，团队协作模式称为并行计算模式，团队的这样
9、一个环境就是计算机的并行计算环境。 我们身处的世界是并行的，很多事物都是并行发生的，例如：地球的绕太阳公转和水星金星等绕太阳公转；天气的变化和海平面的变化；人类的各种生产发展；人体各种系统的运行等等。并行计算是由串行计算发展而来的，串行计算的模式可以形容为多米诺骨牌模式，而并行计算则是按照一定规则下的流水线模式，同一时间执行着不同的任务。这种模式其实也是团队合作模式的另一种体现。因此，对于许多复杂的相关联的同时发生的事件，在并行计算环境下便能更快更好地处理。 1.2 研究背景并行计算是近30 年来迅速发展起来的一门交叉学科，涵盖的内容非常广泛。并行计算包括很多方面，如并行机体系结构、编译系统、
10、并行算法、并行编程、并行软件技术、并行性能优化与评价、并行应用等。因此，对于并行计算的研究具有很大的意义。另外从交叉学科的角度看，并行计算又是连接并行机系统和实际应用问题之间的桥梁。它辅助科学、工程及商业应用的领域专家，为在并行机上求解领域问题提供具有共性的关键支撑。1并行计算具有巨大的数值计算和数据处理能力，已被广泛地应用于国民经济、国防建设和科技发展中具有深远影响的重大项目中，如石油勘探、地震预测和预报、气候模拟和大范围天气预报、新型武器设计、核武器系统的研究模拟、航空航天飞行器、卫星图像处理、天体和地球科学、实时电影动画系统及虚拟现实系统等等。 随着并行计算在科学研究和实际应用中发挥越来
11、越大的作用，人们对计算已经产生了依赖，也逐渐将数值模拟作为许多决策的依据。现在人们已经习惯将计算作为科学研究的第三种手段，并列于传统的科学研究的理论方法和实验方法。2 并行计算机随着微处理芯片的发展，已经进入了一个新时代。目前并行计算机的性能已经达到百万亿次,千万亿次的并行计算机正在规划之中。3近年我国并行计算机的研制已经走在了世界前列，现正研制生产百万亿次的巨型计算机系统。 2003年由联想公司开发的深腾6800超级计算机在2003年11月世界超级计算机Top500排名中位列第14名，2004年由曙光公司生产的曙光4000A超级计算机在2004年6月的世界Top500排名中位列第10名。这也
12、是我国公开发布的高性能计算机在世界Top500排名中首次进入前10名，标志着我国在并行计算机系统的研制和生产中已经赶上了国际先进水平。高性能计算机更为提高我国的科学研究水平奠定了物质基础。1.3 研究方法与系统描述 本文主要比较分析的是并行计算环境与非并行计算环境下数据处理的速度，以此来说明并行计算环境的优越性。主要应用软件是MPICH2和VS2005，由于实际条件所限，本次建立的机群计算机数只有3台，研究方法具体分为以下几个步骤：首先是计算机群的建立，其次是对各计算机的完成相关设置，然后完成MPICH2及相关软件的安装配置构建并行计算环境，再用编译软件VS2005将对应程序进行MPI编译成可
13、执行应用程序，最后在并行计算环境与非并行计算环境（即单机环境）下，将编译完成的应用程序在MPICH2软件平台上运行，并根据运行的数据及计算机相关信息分析总结，最后得出相关结论。第2章 并行计算与MPI2.1 并行计算与MPI的基本概念什么是并行计算？并行计算（Parallel Computing）是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程。4为执行并行计算，计算资源应包括一台配有多处理机（并行处理）的计算机、一个与网络相连的计算机专有编号，或者两者结合使用。并行计算的主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题。此外还包括：利用非本地资源，节约成本 使用多个“廉价”计算资源取代大型计算机，同时克服单
14、个计算机上存在的存储器限制。5 什么是MPI？对MPI的定义一般包含以下三个方面它们限定了MPI的内涵和外延。1 MPI首先是一个库而不是一门语言，许多人可能会认为MPI就是一种并行语言这其实是不准确的。但是按照并行语言的分类，可以把FORTRAN+MPI或C+MPI，看作是一种在原来串行语言基础之上扩展后得到的并行语言。MPI库可以被FORTRAN77/C/Fortran90/C+调用，从语法上说，它遵守所有对库函数/过程的调用规则，和一般的函数/过程并没有什么区别。2 MPI也是一种标准或规范的代表，而不特指某一个对它的具体实现。迄今为止，几乎所有的并行计算机制造商都提供了对MPI的支持，使人们可以在网上免费得到MPI在不同并行计算机上的实现，一个正确的MPI程序，可以不加修改地在所有的并行机上运行。3 MPI是一种消息传递编程模型，并成为这种编程模型的代表和事实上的标准。MPI虽然很庞大，但是它的最终目的是服务于进程间通信这一目标的。在MPI上很容易移植其它的并行代码，而且编程者不需要去努力掌握许多其它的全新概念，就可以学习编写MPI程序。当然，这并不意味着MPI已经十分完美，必须承认MPI自身还存在着一些缺点，在本书的后续章节将对它进行讨论。6消息传递方式是广泛应用于多类并行机
