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浙江科技学院本科毕业论文文献综述(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04月05日引言21世纪是一个人类文明飞速发展的世纪，随着科学技术的飞速发展，需处理的信息量正成倍的增加，从而需要更大的存储空间及更快更好的信息处理方式。本世纪应用最广贡献最大的当属计算机。计算速率快计算精确度高是它的主要特点。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飞速发展的需求。正如乱世出英雄，并行计算在这样一个时间就是一切的时代开始大放光彩，成为推动社会发展的强大动力。一．并行计算的定义并行计算（ParallelComputing）是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，是提高计算机系统计算速度和处理能力的一种有效手段。它的基本思想是用多个处理器来协同求解同一问题，即将被求解的问题分解成若干个部分，各部分均由一个独立的处理机来并行计算。并行计算系统既可以是专门设计的、含有多个处理器的超级计算机，也可以是以某种方式互连的若干台独立计算机构成的集群。N台计算机应该能够提供N倍计算能力，不论当前计算机的速度如何，都可以期望被求解的问题在1/N的时间内完成，这便是并行计算的最初基于的想法。显然，这只是一个理想的情况，因为被求解的问题在通常情况下都不可能被分解为完全独立的各个部分，而是需要进行必要的数据交换和同步。尽管无法达到理想状态下的情况，但并行计算仍可使整个计算机系统的性能得到实质性的改进，其改进的程度则取决于欲求解问题本身的并行程度。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。二．并行计算的优点和工作原理并行计算能快速解决大型且复杂的计算问题。此外还能利用非本地资源，节约成本―使用多个“廉价”计算资源取代大型计算机，同时克服单个计算机上存在的存储器限制。为提高计算效率，并行计算处理问题一般分为以下三步：（1）将工作分离成离散独立部分，有助于同时解决；（2）同时并及时地执行多个程序指令；（3）将处理完的结果返回主机经一定处理后显示输出。并行计算是相对于串行计算来说的，所谓并行计算分为时间上的并行和空间上的并行。时间上的并行就是指流水线技术，而空间上的并行则是指用多个处理器并发的执行计算。三．并行计算体系结构并行计算体系结构主要有四种：对称多处理（SMP）、分布式共享存储多处理（DSM）、大规模并行处理（MPP）、集群（Cluster）。本文主要与集群相关，所以只对集群展开讨论。现阶段，Linux平台的集群系统己成为最流行的高性能计算平台，在高性能计算机中占有越来越大的比重，系统规模可从单机、少数几台联网的微机直到包括上千个结点的大规模并行系统，既可作为廉价的并行程序调试环境，也可设计成真正的高性能计算机。但考虑对Linux平台的熟悉度不够，本人实际将采用windows平台来创建机群系统。四．MPI在各种平台下组成的计算机群系统是一个并行计算环境，想要处理解决问题，光有环境还是远远不够的。这时便需要相应的软件支持，对于各种应用编程软件都有不同的标准的编程方法，下面将主要介绍一种编程标准MPI。MPI(MessagePassingInterface)是由全世界工业、科研和政府部门联合建立的一个消息传递编程标准，其目的是为基于消息传递的并行程序设计提供一个高效、可扩展、统一的编程环境。它是目前最为通用的并行编程方式，也是分布式并行系统的主要编程环境。MPI标准中定义了一组函数接口用于进程间的消息传递。这些函数的具体实现由各计算机厂商或科研部门来完成。除各厂商提供的MPI系统外，一些高校、科研部门也在开发免费的通用MPI系统，也提供源代码，并支持目前绝大部分并行计算机系统(包括微机和工作站机群)。事实上许多厂商提供的MPI系统是在MPICH的基础上经过针对特定硬件的优化形成的。一个MPI系统通常由一组库、头文件和相应的运行、调试环境构成。MPI并行程序通过调用MPI库中的函数来完成消息传递，编译时与MPI库链接。而MPI系统提供的运行环境则负责一个MPI并行程序的启动与退出，并提供适当的并行程序调试、跟踪方面的支持。五．并行计算的应用及研究意义并行计算是伴随并行机的出现，在近30年来迅速发展的一门交叉学科，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、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。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。随着计算在科学研究和实际应用中发挥越来越大的作用，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。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。我国并行计算机的研制已经走在世界前列，正在研制生产百万亿次的巨型计算机系统。2003年由联想公司生产的深腾6800超级计算机在2003年11月世界Top500排名中位列第14名，2004年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。高性能计算机为提高我国的科学研究水平奠定了物质基础。参考文献：[1]唐斌,罗四维.并行程序设计环境的研究[J].铁路计算机应用.2003,12(3)：100—105.[2][美]AnanthGrama.并行计算导论[M].北京：机械工业出版社，2005：201—210.[3]陈国良.并行计算[M].北京：高等教育出版社,2003：155—165.[4]张鸿雁,陈晓春,王元.LINUX系统下PC机局域网并行计算环境的实现与测试[J]西安建筑科技大学学报：自然科学版,2007,2(3)：13—16.[5]王萃寒,赵晨.分布式并行计算环境：MPI[J].计算机科学，2003,1：23—32.[6]白俊峰,邓祖朴.多核系统的软件开发方法[J].计算机工程，2010,12：111—115.[7]张武生,薛巍,李建江.MPI并行程序设计实例教程[M].北京：清华大学出版社，2005：98—100.[8]都志辉,李三立,陈渝.高性能计算并行编程技术--MPI并行程序设计[M].北京：清华大学出版社,2001：222—224.[9]李俊照,罗家融.基于linux集群的并行计算[J].计算机测量与控制,2004,12(11)：9—12.[10]陈国良,孙广中,徐云,等.并行计算的一体化研究现状与发展趋势[J].科学通报,2009,54(8):1043—1049.[11]ChangC,SussmanA,SaltzJ,etal.Chao++,ParallelProgrammingUsingC++[M].Cambridge.MA:MITPress,1998:201-211.[12]LIGuo-dong,ZHANGDe-fu,StateKeyLaboratoryforNovelSoftwareTechnology[J],NanjingUniversity,Nanjing210093:201-215.指导教师意见：指导教师签名：年月日