Parallel Programming in C with MPI and OpenMP pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:McGraw Hill Higher Education

作者:Michael J. Quinn

出品人:

页数:480

译者:

出版时间:2003-09-01

价格:USD 63.89

装帧:Paperback

isbn号码:9780071232654

丛书系列:

图书标签:

计算机
编程
MPI
OpenMP
并行编程
C语言
高性能计算
科学计算
并行算法
多核编程
计算机科学
数值计算

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具体描述

The era of practical parallel programming has arrived, marked by the popularity of the MPI and OpenMP software standards and the emergence of commodity clusters as the hardware platform of choice for an increasing number of organizations. This exciting new book, "Parallel Programming in C with MPI and OpenMP" addresses the needs of students and professionals who want to learn how to design, analyze, implement, and benchmark parallel programs in C using MPI and/or OpenMP. It introduces a rock-solid design methodology with coverage of the most important MPI functions and OpenMP directives. It also demonstrates, through a wide range of examples, how to develop parallel programs that will execute efficiently on today's parallel platforms.

《现代并发编程艺术：C语言与高性能计算的融合》本书是一本全面而深入的现代并发编程指南，旨在为开发者提供驾驭复杂多核处理器和分布式计算环境所需的理论知识和实践技能。我们不再局限于单一的编程模型，而是将目光投向 C 语言在高性能计算领域的两大支柱：共享内存并行和分布式内存并行，并以前所未有的深度和广度对其进行剖析。核心理念与技术深度本书摒弃了流于表面的技巧性描述，而是从并发编程的底层逻辑出发，深入探讨了多线程、多进程以及分布式系统的核心概念。我们将逐一剖析：内存模型与同步机制：深入理解 C 语言在多核环境下的内存访问行为，包括缓存一致性、内存屏障、原子操作等关键概念。本书将详细讲解互斥锁（mutexes）、信号量（semaphores）、条件变量（condition variables）等同步原语的实现原理、适用场景以及潜在的死锁和竞态条件问题。我们将通过实际案例展示如何构建健壮且高效的线程同步机制。线程管理与生命周期：详细介绍 C 语言标准库及 POSIX 线程（pthreads）库提供的线程创建、销毁、 Join、Detach 等 API。我们将深入分析线程栈的管理、线程局部存储（thread-local storage）的应用，以及如何有效地管理大量线程以优化程序性能。分布式计算基础：聚焦于分布式内存并行计算的核心，详细讲解消息传递接口（MPI）的原理和使用。从最基础的点对点通信（Send/Recv）到高级的集体通信（Broadcast, Reduce, Allreduce, Gather, Scatter）以及拓扑结构的使用，我们将提供详尽的讲解和丰富的代码示例。本书还将深入探讨 MPI 中的进程管理、错误处理、数据类型和通信模式，帮助读者构建大规模分布式应用。数据并行与任务并行：区分并深入讲解数据并行和任务并行这两种主要的并行化策略。我们将展示如何识别代码中的并行化机会，并将计算任务分解为可独立执行的子任务。通过实例，我们将演示如何利用 C 语言特性和并发编程库有效地实现数据并行（例如，并行遍历数据结构）和任务并行（例如，并行执行独立的算法模块）。实践导向与案例分析本书的每一个理论概念都辅以大量的、经过精心设计的代码示例。这些示例涵盖了从简单的线程同步到复杂的分布式数据处理等广泛的应用场景。我们将重点关注：多核并行优化：讲解如何利用 OpenMP 指令集（如 `pragma omp parallel`, `pragma omp for`, `pragma omp critical`, `pragma omp atomic` 等）轻松地将串行 C 程序并行化，并提供针对常见数据结构（数组、链表）和算法（排序、矩阵运算）的并行化优化策略。我们将深入分析 Work Sharing、Synchronization、Tasking 等 OpenMP 的核心特性，并演示如何利用它们来充分发挥多核处理器的潜力。分布式系统编程：提供使用 MPI 构建高性能分布式应用程序的完整指导。我们将通过一系列实际项目，例如并行文件 I/O、分布式矩阵乘法、并行图算法、以及基于 MPI 的分布式模拟等，展示如何设计、实现和调试大规模分布式系统。我们将关注 MPI 通信模式的选择、数据划分策略、负载均衡技术以及如何减少通信开销以提高整体性能。混合并行编程：随着计算硬件的发展，混合并行（共享内存与分布式内存结合）成为主流。本书将详细介绍如何结合 OpenMP 和 MPI 来构建能够在多节点、多核系统上高效运行的应用程序。我们将展示如何在一个节点内部使用 OpenMP 进行多线程并行，同时在多个节点之间使用 MPI 进行进程间通信，从而实现极致的性能。性能调优与调试：深入探讨并发程序性能分析和调优的技术。我们将介绍各种性能分析工具（如 `perf`, `gprof`, `VTune` 等）的使用方法，并教授读者如何识别瓶颈、优化内存访问、减少同步开销以及改进通信效率。此外，本书还将提供实用的并发程序调试技巧，帮助读者快速定位和解决由并发引起的复杂问题。目标读者本书适用于以下人群：有 C 语言基础，希望深入了解并发编程的开发者。需要提升应用程序在多核处理器和分布式计算环境下的性能的工程师。从事科学计算、数据分析、机器学习、高性能计算等领域的学生和研究人员。对现代计算机体系结构和并行计算原理感兴趣的技术爱好者。阅读本书，您将获得扎实的并发编程理论基础。熟练掌握 C 语言在共享内存和分布式内存并行编程中的应用。构建高性能、可扩展的并发应用程序的能力。理解和解决并发程序中常见问题的实用技巧。应对未来计算挑战的强大技能。本书旨在成为您在并发编程领域的权威参考，引导您掌握 C 语言在高性能计算浪潮中的强大力量。