,,.,. :, :,1999. Barry Wilkinson and Michael Allen. Parallel Programming(Techniques and Applications using Networked Workstations and Parallel

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1 Parallel Programming: Fundamentals and Implementation ncic.ac..ac.cncn ( ) /143

2 ,,.,. :, :,1999. Barry Wilkinson and Michael Allen. Parallel Programming(Techniques and Applications using Networked Workstations and Parallel Computers). Prentice Hall, 1999.,.. :,2000.,.. :, MPI. :, /143

3 MPI: Pthreads: PVM: OpemMP: : /143

4 /143

5 1000M TCP/IP, I/O NFS SKVM TCP/IP /143

6 CPU,, I/O /143

7 PVM / MPI TC1700 DCMS DCMM /143

8 KVM /143

9 42U 200*110*60(cm) 150kg /143

10 2*20A / 20 / 2U 4U /143

11 /143

12 I2C A/D /143

13 I2C /143

14 /143

15 SKVM SKVM Keyboard (Video) (Mouse) SKVM KVM /143

16 KVM K M V /143

17 (DCMS) DCMS, :,,,. DCMS, DCMS,,,, /143

18 DCMS /143

19 DCMS RPM TCP/IP Hosts MTerm / /143

20 DCMS /143

21 1000M TCP/IP, I/O NFS SKVM TCP/IP /143

22 /143

23 Linux Linux Linux Linux C /143

24 Linux Linux Linux Torvalds Linux 0.02 Internet UNIX 1990, Linus Torvalds MINIX 1991, Linus Torvalds MINIX 1991, Linus Torvalds Linux 1993, Linux 1.0 Linux GPL 1994, Linux Slackware 1996, Linux Open Linux POSIX 1997 InfoWorld 1999, Linux 2000, LinuxWorld China 2000 Linux /143

25 Linux Linux Red Hat SuSE ( LINUX ) TurboLinux Debian( GNU Linux ) Slackware(Linux ) Caldera Mandrake Red Flag Blue Point, Linux Xteam Linux Xlinux( ) /143

26 Linux Linux Linux Linux Linux Shell(Linux ) /143

27 Linux Telnet Linux telnet Trying... Connected to Escape character is '^]'. login: czn Password: Last login: Mon Dec 16 21:51:14 from /home/czn]$ /143

28 Linux Linux (root) : Linux /143

29 ASCII Linux I/O Linux /143

30 DOS Linux / ( ) Linux bin etc usr tmp lib /usr ( Linux /home ) /143

31 Linux Working Directory ~ ~/src/c1.c /143

32 UNIX /bin bin UNIX /usr docs UNIX, man /usr/bin UNIX /dev UNIX /dev/tty /dev/floppy /etc UNIX passwd ID /etc /143

33 / /tmp /bin /sbin /usr/doc linux How-to /dev /usr/etc /etc /usr/games /usr/include C /home /usr/info /lib C /usr/lib UNIX /mnt /proc /usr/local /usr/man /root root /usr/src /usr/bin /143

34 Shell Shell C Linux Shell Linux Shell Bourne Shell(bash, sh) C Shell(tcsh,csh) Korn Shell(ksh) Shell /143

35 Shell shell (.bash_profile.profile.login.cshrc.tcshrc ) Korn shell C shell /etc/passwd /etc/passwd shell /etc/profile.bash_profile.profile /etc/profile PATH $HOME/.bash_profile: /etc/profile $HOME.bash_profile /143

36 Linux Linux Linux Linux C /143

37 passwd ls (ls ) ls ) Ls // DOS 'DIR /W'; ls l // DOS 'DIR'; ls -la // /143

38 Linux $ ls -l -rw-r--r-- 1 czn hpc 3914 Dec 31 09:48 read.txt drwxr-xr-x 2 czn hpc 512 Dec 31 09:48 src : - b c d l /143

39 : r( ): w( ): x( ): - : : r( ): w( ): x( ): r x - : /143

40 chmod chown chgrp chmod 1. chmod [who] [+ - =] [mode] who u user g group ID o others a all + - = /143

41 mode r w x u g o chmod g+r o+r example /143

42 2. 0,1,2,4, (u)(g)(o) r w x r w x r w x chmod [mode] $ chmod 644 mm.txt -rw-r--r-- 1 czn hpc 1155 Nov 5 11:22 mm.txt /143

43 chgrp chgrp [ ] group filename -R 1 $ chgrp -R book /home/book chown chown [ ] chown ID ID -R -v chown 1 shiyan.c wang $ chown wang shiyan.c 2 /his wang users $ chown -R wang.users /his /143

44 mkdir DOS md mkdir [ ] dirname dirname dirname -m chmod -p inin inin /mail $ mkdir -p -m 700./inin/mail/ inin /mail /143

45 rmdir : rmdir [ ] dirname dirname ( rm -r dirname rmdir ) -p dirname $ rmdir -p /usr/xu/txt /usr/xu/txt /143

46 cd : cd [directory] directory directory /home/czn /home/czn/pro : $ cd pro src $ cd ~/src pwd : pwd pwd $ pwd /home/czn /home/czn / /143

47 cp DOS copy cp [ ] -f -i f -p -r cp cp cp i $ cp -i exam1.c /usr/wang/shiyan1.c $ cp exam1.c /usr/ wang/ $ cp -r /usr/xu/ /usr/liu/ /usr/xu /usr/liu /143

48 mv mv DOS ren move mv [ ] -I mv y n -f mv i mv mv i mv cp mv cp 1 /usr/xu. $ mv /usr/xu/ *. 2 wch.txt wjz.doc $ mv wch.txt wjz.doc /143

49 rm rm [ ] -r rm -f -r rm -i rm i y test example example test $ rm -i test example Remove test?n Remove example?y /143

50 cat 1 cat [ - ] cat -v LFD TAB -v -T -E -T TAB Ù I -v -v -E -v -u -A -vet -t -vt -e -ve 1 $ cat - A exam2.txt ( ) 2 2 $ cat file1 file2 > file /143

51 2.more more [ - ] - - More- - more -p -c -p -d -- More-- XX% [Press space to contiune, q to quit. ] -l < Ctrl+l > more < Ctrl+l > /143

52 1.grep fgrep egrep grep,grep fgrep ; egrep fgrep grep [ ] [ ] [ 1 2 ] egrep [ ] [ ] [ 1 2 ] fgrep [ ] [ ] [ 1 2 ] -E -F -b -c -i -h grep /143

53 -l -n 1 -v -x -e expression - -f expfile expfile 1 grep example text file $ grep text file example 2 goto $ grep goto *.c 3 mypats $ cat mypats editor create $ grep -f mypats exam /143

54 find find find not and or 1)and -a, find name tmp xtype c - user inin 2)or -o $ find name tmp o name mina* 3)not $ find! name tmp Shell $ find name tmp xtype c -user inin n n /143

55 i. -name *? [ ] -lname *? [ ] -gid n ID n -uid n ID n -group -user -empty 0 -path *? [ ] -perm size n[bckw] n b -type x x x (b c d p FIFO f l s socket -xtype x -type /143

56 ii. -amin n n -atime n n -cmin n n -ctime n n -mmin n n -mtime n n iii. -exec {} Linux {} -ok { } Linux exec -ls -fprintf -print -printf C 1 main $ find. - name main* - exec more {} ; /143

57 man : man [ ] -M man MANPATH MANPATH -P /usr/bin/less is MANPAGER -S C /143

58 cd $man ls LS(1) FSF LS(1) NAME ls - list directory contents SYNOPSIS ls [OPTION]... [FILE]... DESCRIPTION List information about the FILEs (the current directory by default). Sort entries alphabetically if none of -cftusux nor --sort. -a, --all do not hide entries starting with. : q man /143

59 who who [imqsuwht] [--count] [--idle] [--heading] [--help] [--message] [--mesg] [--version] [--writable] [file] [ami] who login name terminal line login time who -m who am i -q --count -s who -i -u --idle. 1 old 24 -H --heading who :USER: ;LINE: ;LOGIN-TIME: ;IDLE: ;PID: shell ID;FROM: /143

60 1: $ who root tty1 Mar 17 13:49 foxy tty2 Mar 17 13:49 root tty3 Mar 17 13:49 bbs ttyp0 Mar 17 13:49 river.net 2: $ who -uh USER LINE LOGIN-TIME IDLE FROM root tty1 Mar 17 13:49. foxy tty2 Mar 17 13:49 00:01 root tty3 Mar 17 13:49 00:01 bbs ttyp0 Mar 17 13:49 00:01 river.net -u IDLE /143

61 w who who w -[husfv] [user] -h -u CPU su -s JCPU PCPU -f FROM -V User /143

62 1: $ w 2:50pm up 2 min 4 users load average: USER TTY FROM LOGIN@ IDLE JCPU PCPU WHAT root tty1 2:49pm 0:00s 0.56s 0.10s w foxy tty2 2:49pm 1: s 0.42s bash root tty3 2:49pm 46.00s 0.67s 0.25s telnet bbs3 bbs ttyp0 river.net 2:49pm 45.00s 0.49s 0.49s bbs h river.net w JCPU PCPU JCPU : tty PCPU : WHAT /143

63 ps ps ps [ ] -e -f -h -l -w a r x u e ps u a x /143

64 1 root $ ps PID TTY TIME COMMAND 5800 ttyp0 00:00:00 bash 5835 ttyp0 00:00:00 ps PID TTY TIME COMMAND 2 u $ ps u USER PID %CPU %MEM USZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND test ttyp0 S Nov27 0:00 -bash test ttyp0 R Nov27 0:00 ps u bash shell %CPU %MEM CPU x /143

65 3 x $ ps x PID TTY STAT TIME COMMAND 5800 ttyp0 S 0:00 -bash 5813 ttyp1 S 0:00 -bash 5921 ttyp0 S 0:00 man ps 5922 ttyp0 S 0:00 sh -c /usr/bin/gunzip -c /var/catman/cat1/ps.1.gz / 5923 ttyp0 S 0:00 /usr/bin/gunzip -c /var/catman/cat1/ps.1.gz 5924 ttyp0 S 0:00 /usr/bin/less -is 5941 ttyp1 R 0:00 ps x test a aux /143

66 4 $ ps aux USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND root ? S Nov25 0:02 init [3] root ? SW Nov25 0:00 [kflushd] root ? SW Nov25 0:03 [kupdate] root ? SW Nov25 0:00 [kpiod] root ? SW Nov25 0:00 [kswapd] root ? S Nov25 0:02 sshd root ? S Nov25 0:00 syslogd root ? SW Nov25 0:00 [klogd] daemon ? S Nov25 0:00 /usr/sbin/atd root ? S Nov25 0:00 crond root ? S Nov25 0:00 inetd root daemon ps /143

67 top top ps top CPU CPU top [-] [d delay] [q] [c] [s] [S] [i] d s q top top S s top i top c /143

68 top 5 uptime: ( 1,5,15 ) Processes:,, t CPU states: ( ) CPU 100% Mem: Swap:,, PID: ID PPID: ID UID: UID USER: PRI: NI: /143

69 SIZE: KB TSIZE: DSIZE: TRS: D: LIB: ELF RSS: KB SHARE: STAT: S D R Z T TIME: CPU CTIME %CPU CPU %MEM COMMAND: /143

70 11:04am up 22:18, 1 user, load average: 0.00, 0.00, processes: 44 sleeping, 1 running, 0 zombie, 0 stopped CPU states: 0.0% user, 0.0% system, 0.0% nice, 399.6% idle CPU0 states: 0.0% user, 0.1% system, 0.0% nice, 99.4% idle CPU1 states: 0.0% user, 0.0% system, 0.0% nice, 100.0% idle CPU2 states: 0.0% user, 0.0% system, 0.0% nice, 100.0% idle CPU3 states: 0.0% user, 0.0% system, 0.0% nice, 100.0% idle Mem: K av, K used, K free, 56K shrd, 32232K buff Swap: 0K av, 0K used, 0K free 78968K cached PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE LC STAT %CPU %MEM TIME COMMAND 2139 czn R :00 top 1 root S :04 init 2 root SW :00 keventd 3 root SWN :00 ksoftirqd_cpu0 4 root SWN :00 ksoftirqd_cpu1 5 root SWN :00 ksoftirqd_cpu2 6 root SWN :00 ksoftirqd_cpu3 7 root SW :01 kswapd /143

71 kill <Ctrl+c> kill TERM(15) TERM kill(9) kill [-s -p ] [ -a ]... kill -l [ ] -s -p kill pid -l /usr/include/linux/signal.h 1) SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL 5) SIGTRAP 6) SIGABRT 7) SIGBUS 8) SIGFPE 9) SIGKILL 10) SIGUSR1 11) SIGSEGV 12) SIGUSR2 13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM 17) SIGCHLD 18) SIGCONT 19) SIGSTOP 20) SIGTSTP 21) SIGTTIN 22) SIGTTOU 23) SIGURG 24) SIGXCPU 25) SIGXFSZ 26) SIGVTALRM 27) SIGPROF 28) SIGWINCH 29) SIGIO 30) SIGPWR 31) SIGSYS 32) SIGRTMIN /143

72 1 find ps PID ps PID TTY TIME COMMAND :00:00 -bash :00:00 -bash :00:00 /sbin/mingetty tty :00:00 find / -name foxy.jpg :00:00 ps PID 345 kill # kill 345 kill 9 9 #kill #kill HUP /143

73 vi Linux Ed Ex vi Emacs Ed Ex vi Emacs vi Linux vi vi visual interface Linux Edit DOS vi Word WPS vi /143

74 /143 vi vi <Esc> vi vi vi vi vi vi vi i a o c r s vi <Esc> vi i : vi : vi <Esc> vi

75 vi Vi a i Esc : /143

76 vi 1. vi 1)vi vi vi file1 vi + file1 vi +N file1 2) vi ( ) :w :w filename :wq :x :ZZ :q! :quit 2. vi 1 i--- a--- o--- I--- A--- O /143

77 vi 2 hjkl--- Ctrl+b --- Ctrl+f --- G --- w --- word b --- wore 3 x --- #x --- 5x 5 dd --- #dd --- 5dd 5 :1,#d # X --- D cw ---- c#w ---- c3w 3 cc ---- C /143

78 vi 5 r---- R---- ESC 6 yw---- P ---- p ---- yy---- #yy----5yy 5 7 u ----undo 8 g vi ESC ':' '/' '?' 1 :set nu /143

79 vi 2 /word ( ) n word ( ) N 3 : $ s/pattern1/pattern2/g 1 A :1 $s /A/a/g ^ ---- $ ---- < ---- > :r filename 1 vi file1 file2 file3 :n /143

80 Linux Linux Linux Linux C /143

81 Linux C Linux C Unix C Unix Linux C gcc Gcc C C++ Objective C 4000 Intel C/C++ compiler icc, 4000A PGI C/C++ compiler pgcc Linux C /143

82 hello.c vi : #include <stdio.h> void main() { printf( hello world. n ); } gcc gcc hello.c a.out /143

83 GCC gcc GNU C Compiler GNU GNU gcc C C++ gcc a.out Linux gcc gcc.c C.a.C.cc.cxx C++.h.o gcc [options] [filenames] options filenames /143

84 GCC -c.c.o -o output_filename gcc a.out -g (GNU gdb) -O -O2 -O /143

85 GCC -Idirname dirname C A)#include <stdio.h> B)#include myinc.h A (< >) B ( ) A cpp ( /usr/include) B cpp cpp dirname -I /143

86 GCC -Ldirname dirname ld ( /usr/lib) -L -lname libname.a -L -lm libm.a gcc Linux /143

87 GCC 1. gcc hello.c a.out 2. gcc o hello helo.c hello 3. gcc O o hello hello.c hello 4. gcc O2 o hello hello.c hello 5. gcc c hello.c hello.o gcc o hello hello.o hello 6. gcc c hello1.c hello1.o gcc c hello2.c hello2.o gcc o hello hello1.o hello2.o hello 7. gcc o test test1.o lm I/home/czn/include /143

88 Make Linux Makefile Linux make make make /143

89 : a.c b.c a.c extern void p(char *); main() { p("hello world"); } b.c void p(char *str) { printf("%sn",str); } Makefile hello: a.c b.c gcc a.c b.c -o hello Tab make gcc a.c b.c -o hello hello /143

90 makefile Makefile, : (object), (dependency) (command)., Makefile, hello, a.c b.c, gcc a.c b.c -o hello.,.. :,, ;., /143

91 makefile : Makefile hello: a.o b.o gcc a.o b.o -o hello a.o: a.c gcc c a.c b.o: b.c gcc c b.c make (eg:make hello) make hello hello a.o b.o a.o, gcc c a.c a.o b.o gcc a.c -o hello hello /143

92 Make (macro) make makefile = ( ) CC = gcc hello: a.o b.o $(CC) a.o b.o -o hello a.o: a.c $(CC) c a.c b.o: b.c $(CC) c b.c /143

93 $< $^ $? GNU Make ('man make', 'man makefile') /143

94 makefile CC = gcc CFLAGS = -O2 OBJS = a.o b.o hello: $(OBJS) $(CC) $^ -o $@ a.o: a.c $(CC) $(CFLAGS) -c $< b.o: b.c $(CC) $(CFLAGS) -c $< clean: rm f *.o hello /143

95 .o.c.o make a.o b.o make CC CFLAGS,CPPFLAGS,TARGET_ARCH -c $< -o $(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) $(TARGET_ARCH) -c $< -o /143

96 Linux Linux Linux Linux C /143

97 -- (Parallel Computing (High-end Parallel Computing) (High Performance Computing) (Super Computing) /143

98 ? : : Mandelbrot (Mandelbrot ) 2 zi + 1 = zi + c /143

99 /143

100 /143

101 /143

102 /143

103 : : ( ) (3~10 ) ( ) /143

104 ( ) /143

105 !?! /143

106 : ( ) ( ) /143

107 /143

108 Linpack Linpack benchmark HPL(High Performance Linpack) HPL Linpack ( ) (2/3 * N^3 2*N^2) / /143

109 NEC Earth Simulator : 5120 (8 640) 500 MHz NEC : : 41 TFLOPS (8 GFLOPS 5120 ) : TFLOPS : 10 TB total (2 GB 5120) : : GB/s /143

110 No10: 4000A : 2560 (4 640) Opteron 2.2GHz : : 11TFLOPS (4.4 GFLOPS 2560 ) : 8 TFLOPS : 5TB total (2 GB 2560) : Myrinet 2000 Top500 10(2004/06) /143

111 IBM ASCI White : 8196 (16 512) 375 MHz Power3 : : 12.3 TFLOPS : 7.2 TFLOPS : 6 TB /143

112 Linux Linux Linux Linux C /143

113 Flynn SISD, SIMD, MIMD, MISD PVP, SMP, MPP, DSM, COW UMA, NUMA, COMA, CC-NUMA, NORMA /143

114 Flynn Flynn(1972) SISD Single-Instruction Single-Data SIMD Single-Instruction Multi-Data MISD Multi-Instruction Single-Data MIMD Multi-Instruction Multi-Data /143

115 /143

116 SMP: (SMP) :, ; : 64 ;, : IBM R50, SGI Power Challenge, SUN Enterprise, ; /143

117 DSM: (DSM) :, ( ) ; Cache (CC- NUMA) ;,3-10 ; SMP DSM : , ; : SGI Origin 2000, Cray T3D; /143

118 (MPP) MPP: ( ) ( ) MIMD : CRAY T3E(2048), ASCI Red(3072), IBM SP2, /143

119 (Cluster) Cluster: I/O 2000, 3000, ASCI Blue Mountain ( way DSM Origin 2000,6144 ) /143

120 NORMA: UMA: NUMA: UMA: Uniform Memory Access NUMA: Nonuniform Memory Access NORMA:No-Remote Memory Access /143

121 (UMA) UMA Uniform Memory Access UMA:, (tightly coupled system) /143

122 (UMA) (symmetric multi-processor) I/O (asymmtric multi-processor) MP I/O AP I/O /143

123 (NUMA) (NUMA Nonuniform Memory Access) NUMA: (LM) /143

124 (NORMA) (NORMA No- Remote Memory Access) NORMA: /143

125 ---- UMA: NUMA: NORMA: /143

126 UMA: NUMA: NORMA: /143

127 /143

128 SMP (1993) 1000 MPP (1995) 2000I Cluster (1998) 2000II Cluster (1999) 3000 Cluster (2000) 4000l Cluster (2002) 4000A Cluster (2004) /143

129 Linux Linux Linux Linux C /143

130 UNIX LINUX Windows NT SMP,DSM (C/Fortran), (, ). ( );, ;. : : /143

131 ?? vs... ( ) vs. :., = + ( ), = + ( ) vs /143

132 :, /143

133 /143

134 /143

135 /143

136 Implicit Parallel Data Parallel Shared Variable Message Passing /143

137 (Implicit Parallel) ( ) /143

138 Data Parallel SIMD :,. :., /143

139 (Shared Variable) PVP, SMP, DSM SPMD, MPMD /143

140 (Message Passing) MPP, COW /143

141 Fortran90, HPF(1992), Fortran95/2001:, DO. (Thread Library) Win32 API. POSIX threads. (Compiler Directives) OpenMP : portable shared memory parallelism (Message Passing Libraries) MPI : Message Passing Interface PVM : Parallel Virtual Machine /143

142 : HPF, Fortran90 SMP, DSM OpenMP SMP, DSM MPI, PVM : SMP Cluster,, /143

143 Phase Parallel Pipeline Parallel Master-Slave Parallel Divide and Conquer Parallel Work Pool Parallel /143

144 /143

本文由筱驀釹贡献

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