并行处理与体系结构实验报告.docx

1、并行处理与体系结构实验报告 并行处理及体系结构实验报告Parallel Computing and architecture Experiment Report班级：计算机科学与技术学号： 姓名：指导教师：信息学院2013年 11 月实验一1.实验题目： MPI安装与程序编译、运行和调试2.实验目的：搭建MPI并行编程环境，开发并行程序；学习并行程序的编写、编译、运行步骤，了解系统结构对编程模式和环境工具的影响。3.实验内容：通过查找资料，在Ubuntu下安装MPI平台。1）MPI安装进入终端，选择一个自己的目录，安装MPICH2，运行命令：sudo apt-get install mpich

2、22）安装配置文件并且进行设置：运行命令1：touch mpd.conf运行命令2：chmod 600 mpd.conf在mpd.conf文件中输入以下文本内容并保存：MPD_SECRETWORD=mr.chen3）程序编译与运行编译：mpicc filename.c o newname运行：mpirun np number ./filename运行实验代码MPI运行程序 文件夹下面的hello.c、who.c、message.c、isend.c和mtpi.c程序实例，体会MPI中获取进程标识、消息传递及非阻塞通信等工作模式。4.实验结果与分析：通过MPI平台编译“实验代码MPI运行程序”文件

3、夹下面的hello.c、who.c、message.c、isend.c和mtpi.c程序实例。并利用MPI选择线程数量并运行相应可执行程序。相应MPI运行结果如图1.1，图1.2，图1.3，图1.4，图1.5。图1.1 hello.c 编译与运行结果分析：hello.c是非常简单的MPI程序，只用到了MPI中的两个函数，MPI_INIT：启动MPI环境；MPI_FINALIZE：结束MPI环境。编译时确定进程数后，即可显示每个进程的结果。图1.2 who.c 编译与运行结果分析：who.c中除了用到了MPI_INIT和MPI_FINALIZE之外，还用到了MPI_Comm_rank：确定自己的

4、进程标识符；MPI_Comm_size：确定进程数。在编译运行时就可以另每个进程标识自己了。图1.3 mpti.c 编译与运行结果分析：mpti.c同样用到了MPI_Init、MPI_Finalize()、MPI_Comm_rank、MPI_Comm_size。并在who.c的基础上添加了计算圆周率的功能，图1.4 message.c 编译与运行结果分析：message.c在前面几个程序的基础上使用了函数MPI_Recv：接收其它进程消息；MPI_Send：发送一条消息。因此，这个程序实现了进程间的消息传递。图1.5 isend.c 编译与运行结果分析：isend.c较为复杂，同样实现的进程间

5、消息的传递。消息传递模型中各个进程只能直接访问其局部内存空间，而对其他进程的局部内存空间的访问只能通过消息传递来实现。阻塞和非阻塞通信的主要区别在于返回后的资源可用性。阻塞通信返回的条件：1通信操作已经完成，及消息已经发送或接收。2调用的缓冲区可用。若是发送操作，则该缓冲区可以被其它的操作更新；若是接收操作，该缓冲区的数据已经完整，可以被正确引用。非阻塞通信返回后并不意味着通信操作的完成。实验二1.实验题目：共享存储模型与消息传递模型的比较2.实验目的：比较共享存储模型与消息传递模型之间的区别。了解多线程并行和消息传递并行的工作机制。3.实验内容：首先进行Linux下编译器GCC的安装与程序的

6、编译运行。1）编译器GCC安装sudo apt-get install build-essential2）GCC编译与运行OMP程序编译：gcc fopenmp sousefile o destinationfile运行：./destinationfileMPI平台的安装与程序的编译运行见实验一。统计10000个随机数中3出现的次数。OPENMP线程数可为1、2、4等。MPI程序进程数可为1、2、4等。分别利用Ubuntu系统下的GCC，MPI编译运行。4.实验结果与分析：利用GCC编译运行共享存储模型程序代码，运行结果如图2.1。图2.1 共享存储模型程序运行结果从图2.1中可能看出，共享存

7、储模型程序1线程下运行时间为0.000488秒，2线程下运行时间为0.004853秒，4线程下运行时间为0.005289秒。三类不同线程状态下统计出的随机数的数量均为959个。openMP 可以实现拆分循环，每个线程平均负责一部分随机数出现次数的计算，从而加快了计算速度。利用MPI编译运行消息传递模型程序代码，结果如图2.2所示。图2.2 消息传递模型程序运行结果从图2.2看出消息传递模型统计出的随机数个数并不相同，1线程下随机数个数为959，2线程下随机数个数为968，4线程下随机数个数为1028。此MPI程序利用到MPI_Recv、MPI_Send函数进行消息的传递与接收，并通过MPI_R

8、educe函数进行归约，从而达到计算随机数个数的目的。消息传递模型程序见附录。共享存储模型利用共享变量实现并行进程间的通信。消息传递模型中，驻留在不同节点上的进程可以通过传递消息互相通信。两者各有利弊，一个适合用单线程操作于密集的数据结构，一个在异步多线程条件下更有优势。实验三实验题目：八皇后问题实验目的：(1)八皇后问题是计算机中经典智能搜索问题。掌握在MPI虚拟机上进行八皇后问题求解算法及其程序设计、运行。(2) 在分析八皇后的并行算法和MPI源程序基础上。查找相关参考资料，对于一般的n皇后问题，设计其并行算法及其程序，并运行结果。实验内容：在单机或多机上完成8、12、16、32等n皇后问

9、题求解，并比较运行时间，计算加速比。本实验以11皇后为例，利用MPI编译与运行，通过比较不同线程下的运行时间，计算加速比。实验结果与分析：在各个不同线程下求得11皇后的分布结果与用时如图3.1，图3.2，图3.3，图3.4所示。图3.1 单线程下11皇后的分布结果与用时单线程下11皇后运行时间为0.64秒，结果为2680个。图3.2 双线程下11皇后的分布结果与用时双线程下11皇后的运行时间为0.36，结果不变，可得加速比为：0.64/0.36=1.778。图3.3 四线程下11皇后的分布结果与用时双线程下11皇后的运行时间为0.37，结果不变。可得加速比为：0.64/0.37=1.740。图3.4 八线程下11皇后的分布结果与用时八线程下11皇后的运行时间为0.37，结果不变。可得加速比为：0.64/0.37=1.740。从运行时间与加速比可以看出，多线程下确实加快的求解的速度，但一味的增加线程数量并不是总能提高求解速度，反而会增加并行开销，使求解时间变长。此实验条件下双线程下求解效果最好。