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1、MPI 并行编程介绍一、MPI产生背景近几十年来，大规模和超大规模的并行机取得了快速发展，由于各种原因， 开发商对用户提供的必要支持，如它们各自专有的消息传递包NX、EUI、PVM等， 虽然在特定平台上具有很优越的性能，但是从应用程序来看，可移植性差。1992 年11月，在Super Computing 92会议上，正式成立了一个旨在建立一个消息传 递标准平台的MPI(Message Passing Interface)论坛，该论坛不仅包括了许多 PVM、Express等的研制者及并行程序用户，还吸收了许多著名计算机厂商的代表。 论坛于1994年5月，公布了MPI标准。MPI是一种为消息传递而
2、开发的广泛使用的 标准，它为消息传递建立了一个可移植的、高效、灵活的标准。MPICH是由美国国家实验室(Argonne National Laboratory)和密西西比 州大学(Mississippi State University)基于MPI标准开发的一个开放源码和 可移植的具体实现。MPICH可应用于工作站集群和大规模并行处理器，它包含 MPI-1.2标准的完整实现和MPI-2. 0标准中的重要部分，特别是在并行I/O方面表 现的尤为突出。二、MPI的原理与特征MPI是一个函数库，而不是一门语言，它是一种消息传递模型，它的最终目 的是服务于进程间通信。MPI作为一个并行程序库的开发平台
3、，为用户编写和运 行程序提供了便利的条件。由于MP I是基于消息传递机制构建的系统，因此它在 体系结构为分布存储的并行机中有很宽阔的应用空间，它可以应用在各种同构和 异构的网络平台中。它的编程语言可以为Fortran77 / 90、C / C+。在Fortran77 /90、C/C+语言中都可以对MPI的函数进行调用，它作为一种消息传递模式的 并行编程环境，MPI并行程序要求将任务进行划分，同时启动多个进程并发的执 行，而各个进程之间通过MPI的库函数来实现其中的消息传递。MPI与其它并行编 程环境相比，显著的特点有：(1) 可移植性强，能同时支持同构和异构的并行计算；(2) 可伸缩性强，允许
4、并行结构中的节点任意增加或减少；(3) 能很好的支持点对点通信和集体通信方式；(4) 对C语言和For tra n语言的支持，使其能很好的满足各种大规模科学和工 程计算的需要。这样，以MP I作为公共消息传递接口的并行应用程序就可以不作任何改动的 移植到不同种类和型号的并行机上，也能够正常运行，或者移到网络环境中也一 样。三、MPI程序的设计与执行一个MPI并行程序由若干个进程组成，这些进程可相同也可不同，但是每个 进程在执行前必须在MPI环境中登记，并且要求它们一起启动。在构成MPI程序的 任何主程序和于程序中，只要调用了 MPI库函数，程序就必须包含MPI系统文件 “mpif.h”，这个文
5、件包含了 MPI程序编译所必需的MP I系统预先定义的常数、宏、 数据类型和函数类型。下图1给出了用C语言设计并行MPI程序的流程图。MPI程序的执行步骤一般为：(1) 编译得到MP I可执行程序；(2) 将可执行程序拷贝到各个节点机上；(3) 通过 mpirun 命令并行执行该 MPI 程序。四、结语MPI的一个最重要的特点就是免费和源代码开放，MPI可以被迅速接受与它 为自己定下的高效率、方便移植和功能强大三个主要目标密不可分，它采用广为 使用的语言FORTRAN和C进行绑定也是它成功的一个重要因素。当然MPI的成功 还因为它总结和吸收了前期大量消息传递系统的经验，一个成功的标准是需要大 量的实践和艰苦的努力的，MPI就是这种实践和努力的结果。MPICH是MPI1.2标 准的一个完全实现，也是应用范围最广的一种并行及分布式环境，MPICH除包含 MP I函数库之外，还包含了一套程序设计以及运行环境。
