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并行计算


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并行计算
  • 书号:9787030776822
    作者:张晔,(俄罗斯)D.V.卢基扬年科(D.V.Lukyanenko)
  • 外文书名:
  • 装帧:平装
    开本:B5
  • 页数:237
    字数:312000
    语种:zh-Hans
  • 出版社:科学出版社
    出版时间:2024-12-01
  • 所属分类:高等数学
  • 定价: ¥118.00元
    售价: ¥93.22元
  • 图书介质:
    纸质书

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本书是分布式并行计算的算法设计和消息传递并行编程的入门教程。书中详细介绍了包括MPI基础知识、求解线性代数方程组的共轭梯度法的并行算法实现、并行程序的效率和可扩展性、进程组和通信器操作、求解三对角线性代数方程组的追赶法、求解偏微分方程的算法并行化方法等相关内容;还分析了并行程序可扩展性差的主要原因,为读者提供了全面的并行计算知识体系和解决方案。本书提供了典型科学计算问题的并行算法与程序设计实例,并介绍了国际上流行的科学计算软件、工具及平台。内容从简到繁、循序渐进,可帮助读者逐步掌握并行计算技能,解决学习和工作中的问题。
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    前言
    第1章 MPI 简介I 1
    1.1 矩阵向量乘法的顺序实现 2
    1.2 矩阵向量乘法的并行算法 4
    1.3 矩阵向量乘法并行算法的程序实现 4
    1.3.1 并行编程的模型和技术 4
    1.3.2 MPI基础——一个简单的测试程序 5
    1.3.3 从文件读取输入参数并分配至各个进程 6
    1.3.4 进程间消息发送与接收的基本函数:Send和Recv 8
    1.3.5 集体通信函数:Bcast.12
    1.3.6 从文件读取矩阵并分配至各个进程 13
    1.3.7 从文件读取向量并分配至各个进程 15
    1.3.8 矩阵与向量的并行乘法 16
    1.3.9 将不同进程中的数组片段汇集成完整数组 17
    1.3.10 使用Probe函数优化信息收集 18
    1.3.11 集体通信函数Gather和Scatter 21
    1.4 适用于任意数量进程的推广程序 23
    1.5 优化程序实现的可能方法 28
    1.5.1 一个优化程序的例子 28
    1.5.2 消息传递函数:Bsend和Rsend 29
    第2章 MPI简介II 30
    2.1 向量标量积计算的顺序程序 30
    2.2 计算向量标量积的并行算法 31
    2.3 向量标量积并行算法的编程实现 32
    2.3.1 基本代码的实现 32
    2.3.2 集体通信函数:Reduce和Allreduce 36
    2.4 转置矩阵与向量相乘的并行算法 37
    2.5 转置矩阵与向量相乘的并行算法的程序实现 38
    2.5.1 其他集体通信函数 41
    2.6 阶段总结 42
    第3章 求解线性代数方程组的共轭梯度法的并行算法实现 43
    3.1 共轭梯度法的顺序实现 44
    3.2 共轭梯度法的并行实现 46
    3.2.1 进程中计算数据的准备 46
    3.2.2 计算部分 52
    3.2.3 本章并行算法实现的优缺点分析 55
    3.3 共轭梯度法的简化并行实现 56
    第4章 并行程序的效率和可扩展性 60
    4.1 阿姆达尔定律 60
    4.1.1 第3章中并行算法的理论分析 61
    4.2 第3章中并行算法在程序实现中的实际加速 63
    4.2.1 测量并行程序运行时间的方法 63
    4.2.2 测试并行程序所用多处理器系统的特性 64
    4.2.3 测试计算结果 65
    4.3 并行程序的效率和扩展性分析 67
    4.4 提高效率和扩展性的策略 69
    第5章 使用进程组和通信器进行操作.71
    5.1 基于二维块划分的矩阵与向量相乘的并行算法 71
    5.2 基于二维块划分的转置矩阵与向量相乘的并行算法 74
    5.3 进程组和通信器 75
    5.3.1 进程组操作 75
    5.3.2 通信器操作 77
    5.4 基于二维块划分的共轭梯度法的高级并行实现 81
    5.4.1 进程中计算数据的准备 81
    5.4.2 计算部分 94
    5.5 并行程序的效率和可扩展性评估 98
    5.6 本章并行程序实现的优缺点分析 100
    第6章 虚拟拓扑 101
    6.1 虚拟拓扑结构 101
    6.1.1 基于笛卡儿拓扑的基本函数 101
    6.1.2 进程间消息传递函数:Sendrecv和Sendrecv_replace 106
    6.2 基于二维环形虚拟拓扑的共轭梯度法并行实现.109
    6.2.1 进程中计算数据的准备 110
    6.2.2 计算部分 116
    6.3 并行程序的效率和可扩展性评估 121
    6.4 本章并行程序实现的优缺点分析 123
    第7章 求解三对角线性代数方程组的追赶法 124
    7.1 追赶法的顺序实现 124
    7.2 追赶法的并行版本 126
    7.2.1 并行算法的理论分析 131
    7.3 追赶法的并行实现 132
    7.3.1 进程中计算数据的准备 132
    7.3.2 计算部分 135
    第8章 求解偏微分方程的算法并行化方法:I 140
    8.1 基于显式格式的偏微分方程解的顺序算法 140
    8.2 顺序算法的程序实现.142
    8.3 基于显式格式的并行算法 144
    8.4 并行算法的代码实现 146
    8.5 并行程序的效率和可扩展性评估 152
    8.6 改进方案的实施 154
    第9章 求解偏微分方程的算法并行化方法:II 155
    9.1 基于隐式格式的偏微分方程问题的顺序算法 155
    9.2 顺序算法的程序实现 158
    9.3 基于隐式格式的并行算法 162
    9.4 并行算法的程序实现 165
    9.5 并行程序的效率和可扩展性评估 173
    第10章 求解偏微分方程的算法并行化方法:III 175
    10.1 基于二维空间显式格式的偏微分方程问题的顺序算法 175
    10.2 顺序算法的程序实现 178
    10.3 基于显式格式的并行算法 181
    10.4 并行算法的程序实现 184
    10.5 并行程序的效率与可扩展性评估 194
    10.6 关于程序实现的改进方法的讨论 195
    第11章 异步操作 197
    11.1 死锁问题与顺序消息交换替代同步交换 197
    11.2 进程间非阻塞消息传递函数:Isend和Irecv 201
    11.3 在计算过程中进行消息传递 204
    第12章 延迟的交互请求 209
    12.1 结构相同的数据的多次转移 209
    12.2 延迟请求函数:Send_init和Recv_init 211
    12.3 求解偏微分方程问题的程序实现的改进 214
    12.4 优化共轭梯度法的一个程序实现 217
    12.5 标准MPI-4的功能:集体延迟的交互请求 219
    第13章 混合并行编程技术 220
    13.1 现代计算系统的典型配置 220
    13.2 测试示例 223
    13.3 使用OpenMP技术修改示例 224
    13.4 使用CUDA技术修改示例 225
    13.5 本章程序实现的效率和可扩展性评估 227
    第14章 对并行程序可扩展性差的分析与建议 230
    14.1 并行程序可扩展性差的主要原因 230
    14.1.1 接收数据的确切顺序 231
    14.1.2 大量数据的同时传输 233
    14.1.3 计数和消息传递阶段的分离 234
    14.1.4 计算拓扑和网络拓扑之间的不匹配 235
    14.1.5 PCI带宽不足,无法与GPU配合使用 236
    14.1.6 运行混合程序时的错误系统设置 237
    14.2 综合建议 237
    参考文献 238
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