并發(fā)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程

前言

本書(shū)系統(tǒng)介紹了并發(fā)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，并提供了很多具體應(yīng)用的例子，以便于讀者學(xué)習(xí)和理解并發(fā)程序設(shè)計(jì)的方法。本書(shū)主要面向高年級(jí)的本科學(xué)生，同時(shí)也可以作為研究生的入門(mén)教程。通過(guò)學(xué)習(xí)本書(shū)，可以使他們學(xué)習(xí)到并發(fā)程序設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，同時(shí)也可以了解一些具體的開(kāi)發(fā)工具。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)共3大部分，分為10章，系統(tǒng)介紹了與并發(fā)程序設(shè)計(jì)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括硬件組成結(jié)構(gòu)、軟件開(kāi)發(fā)工具以及設(shè)計(jì)并發(fā)程序的基本思想。本書(shū)提供了很多具體應(yīng)用的例子，以便于讀者學(xué)習(xí)和理解并發(fā)程序設(shè)計(jì)的方法學(xué)?！　”緯?shū)主要面向高年級(jí)的本科學(xué)生，同時(shí)也可以作為研究生的入門(mén)教程。

作者簡(jiǎn)介

趙煜輝，男，1971年10月出生，東北大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用博士畢業(yè)，北京科技大學(xué)博士后（在站），副教授，信息管理與信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)教研室主任。主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面研究。

書(shū)籍目錄

第—部分  基礎(chǔ)知識(shí)第1章  并行計(jì)算機(jī)的硬件基礎(chǔ)1.1  并行計(jì)算機(jī)的組成1.2  共享存儲(chǔ)器多處理器系統(tǒng)1.3  消息傳遞多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第2章  并行計(jì)算模型2.1  PRAM2.2  BSP2.3  LogP第3章  并發(fā)程序的評(píng)測(cè)和調(diào)試3.1  加速比的計(jì)算3.2  時(shí)間復(fù)雜度的計(jì)算3.3  程序的調(diào)試和優(yōu)化第4章  共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)4.1  并行性的構(gòu)造4.2  數(shù)據(jù)共享4.3  并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言4.4  程序舉例第5章  消息傳遞系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)5.1  進(jìn)程創(chuàng)建5.2  基本消息通信5.3  消息傳遞的時(shí)間代價(jià)分析5.4  消息傳遞庫(kù)的調(diào)用5.5  程序舉例第二部分  并發(fā)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第6章  劃分和分治6.1  劃分和分治策略介紹6.2  應(yīng)用實(shí)例第7章  負(fù)載平衡7.1  負(fù)載平衡7.2  動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡7.3  分布式的終止檢測(cè)7.4  程序舉例第8章  流水線技術(shù)8.1  流水線技術(shù)簡(jiǎn)介8.2  流水線的應(yīng)用實(shí)例第9章  同步計(jì)算9.1  同步的定義9.2  同步計(jì)算9.3  同步循環(huán)的例子第三部分  具體算法與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)第10章  排序算法10.1  基本概念10.2  基于比較一交換的排序算法10.3  在專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)上的排序附錄A  Pthread簡(jiǎn)介A.1  線程管理A.2  互斥鎖管理A.3  條件變量管理A.4  讀寫(xiě)鎖管理附錄B  OpenMP簡(jiǎn)介B.1  OpenMP指令簡(jiǎn)介B.2  parallel——并行區(qū)域構(gòu)造B.3  工作共享構(gòu)造B.4  合并的并行工作共享構(gòu)造B.5  同步構(gòu)造B.6  threadprivate——數(shù)據(jù)環(huán)境指令B.7  數(shù)據(jù)作用域子句B.8  schedule——調(diào)度子句B.9  num_threads子句B.10  子句在指令中的放置附錄C  PVM簡(jiǎn)介C.1  系統(tǒng)管理C.2  進(jìn)程管理C.3  緩存管理C.4  通信相關(guān)例程附錄D  MPI簡(jiǎn)介D.1  點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信D.2  集合通信D.3  組及通信子D.4  系統(tǒng)管理參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：3.MIMD和SIMD分類(lèi) 這種方式是根據(jù)指令和數(shù)據(jù)之間的工作方式來(lái)劃分并行機(jī)系統(tǒng)的。一共有4種，分別如下。單指令流單數(shù)據(jù)流系統(tǒng)（Single Instruction Stream Single Data Stream，SISD）：實(shí)際上就是人們非常熟悉的單機(jī)系統(tǒng)。單指令流多數(shù)據(jù)流系統(tǒng)（Single Instruction Stream Multiple Data Streams，SIMD）：  這里的單指令流其實(shí)是指多個(gè)處理器運(yùn)行完全相同的指令，每個(gè)處理器處理的是不同的數(shù)據(jù)。多指令流單數(shù)據(jù)流系統(tǒng)（Multiple Instruction Streams Single Data Stream，MISD）：這種類(lèi)型實(shí)際是不存在的。多指令流多數(shù)據(jù)流系統(tǒng)（Multiple：InstaaJction Streams.Multiple Data Streams，MIMD）：系統(tǒng)中的每個(gè)處理器執(zhí)行的指令和處理的數(shù)據(jù)都不同。目前，大多數(shù)的并行機(jī)系統(tǒng)都屬于這種類(lèi)型，比如前面提到的MPP和集群系統(tǒng)。MIMD類(lèi)型的并行系統(tǒng)有下面兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。（1）MIMD系統(tǒng)在使用上有很大的靈活性。它既可以作為一個(gè)單用戶(hù)系統(tǒng)，為用戶(hù)提供高性能的服務(wù)；也可以作為多用戶(hù)系統(tǒng)，同時(shí)執(zhí)行多個(gè)不同的應(yīng)用程序，為多個(gè)用戶(hù)提供服務(wù)。（2）MIMD系統(tǒng)可以獲得較高的性?xún)r(jià)比。因?yàn)闃?gòu)建一個(gè)MIMD系統(tǒng)可以使用通用的商用部件，比如集群系統(tǒng)完全可以用普通的局域網(wǎng)來(lái)構(gòu)建。而SIMD系統(tǒng)一般要使用專(zhuān)用的CPIJ，因而價(jià)格昂貴。1.1.2靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)對(duì)于大型的并行機(jī)系統(tǒng)，要使用多個(gè)處理器／存儲(chǔ)器模塊，這些模塊之間通過(guò)一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互聯(lián)系。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般可以分為兩種：靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)。本節(jié)介紹靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)，1.1-3節(jié)介紹動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)。靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)絡(luò)連接方式是固定的，不能改動(dòng)。常用的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)有以下幾種：完全連接；線狀／環(huán)狀連接；網(wǎng)格／花環(huán)連接；超立方體連接；樹(shù)狀連接。此外，還可以采用嵌入（Embedding）技術(shù)，將一種網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)映射為另一種邏輯網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)。1.完全連接完全連接結(jié)構(gòu)是指兩兩節(jié)點(diǎn)之間都有一條物理鏈路。因此，需要n（n-1）／2條鏈路。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是消息延遲最小，因?yàn)槿魏蝺蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信，只需要經(jīng)過(guò)一條鏈路，而不必通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)傳送。但當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)比較多時(shí)，這種方法代價(jià)很大，不經(jīng)濟(jì)，而且也很難布線。所以實(shí)際的并行機(jī)都采用連接個(gè)數(shù)有限的連接方式。2.線狀／環(huán)狀連接如圖l_4所示，最簡(jiǎn)單的連接方式是將節(jié)點(diǎn)依次順序連接，從0到Ⅳ。這種結(jié)構(gòu)無(wú)法提供容錯(cuò)性能，任何一條鏈路失效，都將導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法從失效點(diǎn)的一端傳到另一端。如果把線狀連接的兩端也連接起來(lái)，就形成了環(huán)狀連接。由于從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩條路徑，所以有一定的容錯(cuò)能力。一條鏈路失效，數(shù)據(jù)仍可以傳送。

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