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并行计算题目答案汇总

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第１题（1）什么是并行计算？（2）它的优点有哪些？（3）可以通过哪些结构完成并行计算？ 1．并行计算就是在并行计算或分布式计算机等高性能计算系统上所做的超级计算。（P3） 2．计算极大地增强了人们从事科学研究的能力，大大地加速了把科技转化为生产力的过程，深刻地改变着人类认识世界和改造世界的方法和途径。计算科学的理论和方法，作为新的研究手段和新的设计与创造技术的理论基础，正推动着当代科学与技术向纵深发展。（P4） 3．单指令多数据流SIMD、对称多处理机SMP、大规模并行处理机MPP、工作站机群COW、分布共享存储DSM多处理机。（P22） 第2题 什么是网络计算？它的特点？它与分布式计算、集群计算的关系？（P104） 网络计算：在工作站机群COW环境下进行的计算称为网络计算。 特点：网络计算结合了客户机/服务器结构的健壮性、Internet面向全球的简易通用的数据访问方式和分布式对象的灵活性，提供了统一的跨平台开发环境，基于开放的和事实上的标准，把应用和数据的复杂性从桌面转移到智能化的网络和基于网络的服务器，给用户提供了对应用和信息的通用、快速的访问方式。 与分布式计算、集群计算的关系： 分布式计算是一门计算机科学，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。 集群计算是使用多个计算机，如典型的个人计算机或UNIX工作站；多个存储设备；冗余互联，来组成一个对用户来说单一的高可用性的系统。 因此，网络计算与分布式计算和集群计算都是属于计算密集型，数据密集型和网络密集型应用。 第3题 表征并行系统的性能指标有哪些？并行系统的加速比如何定义？它能否完全确定系统的性能？为什么？ a. 表征并行系统的性能指标主要有：CPU和存储器的基本性能指标，通信开销以及系统机器的成本、价格与性价比，还有系统加速比和系统可扩放性（p88页3.3）；其中CPU和存储器的基本性能指标包括：工作负载，并行执行时间，存储器的层次结构和存储器的带宽。 b. 并行系统的加速比，是指对于一个给定的应用，并行算法的执行速度相对于串行算法的执行速度另快了多少倍。 c. 加速比并不能完全确定系统的性能；因为评价并行计算性能的指标，除了加速比外，并行计算的可扩放性也是主要性能指标之一即并行系统性能随处理器数的增加而按比例提高的能力。（个人理解的，大家参考第三章吧~） 第4题 节点度的定义？它在并行计算中的作用。（第9页）作用：百度也没找到答案。 定义：射入或射出一个节点的边数称为节点度。 在单向网络中，入射和出射边之各称为节点度。 第5题 等效率函数的定义、作用及应用。（P89） 参考答案：为了维持一定的效率E（介于0与1之间），当处理器数p增大时，需要相应地增大问题规模

W的值。由此定义函数为问题规模W随处理器数P变化的函数，称此函数为等效率函数。等效率函数是等效率度量标准，而等效率度量是并行计算可扩放性评测的依据之一。应用举例：按照等效率函数的定义，对于某一并行算法（或并行程序），为了维护运行效率保持不变，随着处理器数目的增加，若只需增加较小的工作量（即问题规模），比如说W随p呈线性或亚线性增长，则表示该算法具有良好的可扩放性；若需要增加非常大的问题规模，比如说W随p呈指数级增长，则表示该算法是不可扩放的。 第6题 6.1 等速度函数的定义，作用及应用？答：该题的答案在课本P90-P91面。可以自行参考课本复习。 6.2 表面-容积效应的定义及应用？答：该题答案在课本P168面（2，3，4段）。同学们可以参考复习。 第7题 页数：P164 全局通信：是指有很多任务参与交换数据的一种通信模式，全局通信中，每个任务与很多别的任务通信。 局部通信：局部通信时，每个任务只与较少的几个近邻通信。 结构化通信：结构化通信值，一个任务和其近邻形成规整结构（如树、网格等）。 非结构化通信：非结构化通信中，通信网则可能是任意图。 第8题 表面—容积效应的定义、应用？（P168） 答：定义是一个任务的通信需求比例于它所操作的子域的表面积，而计算需求却比例于子域的容积。其应用是：表面—容积效应启发我们，在其他条件等同的情况下，高维分解一般更有效，因为相对于一个给定的容积（计算）它减少的表面积（通信），因此从效率的角度，增加力度的最好办法是在所有的维组合任务。 第9题 mpi编程模型中的基本通信概述 MPI(Message Passing Interface)定义：MPI是94年5月发布的一种消息传递接口。它实际上是一个消息传递函数库的标志说明，吸取了众多消息传递系统的优点，是目前国际上最流行的并行编程环境之一。 具有的优点：具有可移植性和易用性，有完备的异步通信功能；有正式和详细的精确定义。 何为通信体：在基于MPI编程模型中，计算是由一个或多个彼此调用库函数进行消息收、发通信的进程所组成。所谓通信体，就是一个进程组加上进程活动环境，其中进程组就是一组有限和有序的进程的集合。 最基本的MPI： MPI_INIT:启动MPI计算；MPI_FINALIZE:结束MPI计算；MPI_COMM_SIZE：确定进程数； MPI_COMM_RANK：确定自己的进程的标识符；MPI_SEND:发送一条消息；MPI_RECV:接受一条消息； 群体通信： 群体通信提供了MPI中独立的安全的消息传递。不同的通信库使用了独立的通信体，它隔离了内部和外部的通信，避免了在通信库被调用的和退出时的同步，也保证了在同一通信体的通信操作胡不干扰。 点到点通信的数据传送有阻塞和非阻塞两者机制；阻塞和非阻塞有四种通信模式： 1、标准模式；2、缓冲模式；3、同步模式；4、就绪模式； 第10题 什么事共享存储并行编程?P323 第二段 在共享存储的编程模式中,各个处理器可以对共享存储器中的数据进行存取,数据对每个处理器而言都是可访问到的,不需要在处理器之间进行传送,即数据通信时通过读/写共享存储单元来完成. 它的基本思路是什么? P323 第三段粗体字 1任务划分; 2任务调度 2.1静态 调度2.1.1确定模式 2.1.2非确定模式 2.2动态调度 3．任务同步 4任务通信. 第11题 MPI基本函数有哪些？每一个函数的作用及使用？ 参考：352页。每一函数的作用：参考352～353页 ① 有六个基本函数 MPI_INIT ：启动MPI计算；MPI_FINALIZE：结束MPI计算；MPI_COMM_SIZE：确定进程数； MPI_COMM_RANK：确定自己的进程标识符；MPI_SEND：发送一条消息；MPI_RECV：接收一条消息； 第12题 找不到 第13题 MPI的基本函数有哪些？每个函数的作用及使用？ MPI 中有 1.double MPI_Wtime(void) 取得当前时间， 计时的精度有 double MPI_Wtick(void) 取得 C/C++ time.h 有 clock_t clock(void) 取得当前时间， 计时的精度有 常数 CLOCKS_PER_SEC 定义。 2.Int MPI_Init(int *argc ,char ***argv) MPI的初始化例行函数，用于初始化MPI运行的环境，必须调用，还是首先调用，仅调用一次。 3.MPI_Finalize(void) 结束MPI执行的环境，该函数一旦被调用，就不能调用MPI的其它的函数（包括MPI_init） 4.MPI_Send(void *buf,int count,MPI_Datatype datatype,int dest,int tag,MPI_Comm comm) 将缓冲区的count个datatype数据类型的数据发送到目的进程阻塞型： 需要等待指定的操作的实际完成，或至少所涉及的数据被MPI系统 完全的备份后才返回 如：MPI_Send和MPI_Recv都是阻塞型的。 5.MPI_Recv(void *buf,int count,MPI_Datatype datatype,int source,int tag,MPI_Comm comm.,MPI_Status *status) 从指定进程source接收信息，并且该数据的类型和本接收进程指定的数据类行一样 6.MPI_Isend(void *buf,int count,MPI_Datatype datatype,int dest,int tag,MPI_Comm comm.,MPI_Requst *request) 非阻塞地发送信息。在发送数据完成之前，对数据操作是把安全的，因为随时可能与正 在后台执行的MPI操作发生冲突。所以用户使用非阻塞型发送数据必须调用其他函数 来等待或查询操作完成的情况。 该函数递交一个信息发送的请求MPI系统在后台完成消息的发送，请求的句柄通过 Request变量返回给MPI进程，供随后查询/等待消息的完成用 注意：阻塞型和非阻塞型相差一个I。 7.MPI_Wait(MPI_Request *request,MPI_Status *status) 通信请求的完成与检测 MPI_Wait是阻塞型函数，必须等待通信的完成才返回。该检测函数等待，检测一个通信器请求的完成 成功返回时，status中包含关于所完成的通信的信息，相应的通信请求被释放，request被程MPI_REQUST_NULL。 8.MPI_Test(MPI_Request *request,int *flag,MPI_Status *status) MPI_TEST 与MPI_Wait刚好相反的。MPI_TEST是非阻塞函数 该函数检测指定的通信请求，不论通信是否完成都立刻返回 9.MPI_Iprobe(int source ,int tag,MPI_Comm comm.,int *flag,MPI_Status *status)

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南开24秋学期《并行程序设计》作业参考二

南开24秋学期《并行程序设计》作业参考二

24秋学期《并行程序设计》作业参考1.对于科学仿真并行计算的一般方法,哪个步骤的描述是错误的?选项A：将空间离散化为网格选项B：在网络上进行局部计算选项C：局部计算结果完全独立选项D：重复若干时间步参考答案：C2.在共享内存架构编程中,线程间不能通过____进行通信选项A：全局变量选项B：局部变量选项C：静态变量选项D：全局堆中变量参考答案：B3.对于起泡排序程序两层循环是否存在数据依赖,下面说法正确的是____。

选项A：外层存在，内层不存在选项B：外层不存在，内层存在选项C：两层都不存在选项D：两层都存在参考答案：D4.指定线程间划分循环策略的OpenMP子句是____。

选项A：shared选项B：reduction选项C：schedule选项D：nowait参考答案：C5.适合进行SIMD并行化的串行程序特点不包括____。

选项A：大数据对象选项B：数据项连续存储选项C：流式计算选项D：算术计算密集参考答案：A6.当前并行软件面临的主要挑战不包括____。

选项A：能耗选项B：伸缩性选项C：研发周期选项D：可靠性参考答案：C7.对一个串行程序进行SIMD并行化,应重点考虑的程序部分是____。

选项A：声明语句选项B：条件分支语句选项C：循环语句选项D：输入输出语句参考答案：C8.四位助教帮助教授批改300份试卷,试卷共16道题,每位助教负责批改所有试卷的4道题,这是一种____任务划分方法。

选项A：数据并行选项B：任务并行选项C：搜索并行选项D：预测并行参考答案：B9.____执行pthread_sem_wait操作,线程进入阻塞状态。

选项A：当信号量已加锁时选项B：当信号量为0时选项C：当信号量已超过阈值时选项D：当信号量已销毁时。

中国海洋大学研究生并行计算参考答案-复习

中国海洋大学研究生并行计算参考答案-复习

中国海洋⼤学研究⽣并⾏计算参考答案-复习⼀、名词术语翻译1）SIMD ：Single Instruction Multiple Data, 单指令多数据流。

2）MIMD ：Multiple Instruction Multiple Data, 多指令多数据流。

3）SIMT ：Single Instruction Multiple Threads, 单指令多线程。

4）SPMD ：Single Program Multiple Data, 单程序多数据流。

5）MPMD ：Multiple Program Multiple Data, 多程序多数据流。

6）PVP ：Parallel Vector Processor, 并⾏向量处理机。

7）SMP ：Symmetric Multiprocessor, 对称多处理机。

8）MPP ：Massively Parallel Processor, ⼤规模并⾏处理机。

9）DSM ：Distributed Shared Memory, 分布式共享存储。

10）COW ：Cluster of Workstation, ⼯作站机群。

11）UMA ：Uniform Memory Access, 均匀存储访问模型。

12）NUMA ：Nonuniform Memory Access, ⾮均匀存储访问模型。

13）COMA ：Cache-Only Memory Access, 全⾼速缓存访问模型。

14）NORMA ：No-Remote Memory Access, ⾮远程存储访问模型。

15）CC-NUMA ：Coherent-Cache Nonuniform Memory Access, ⾼速缓存⼀致性⾮均匀存储访问模型。

16）CUDA ：Compute Unified Device Architecture, 统⼀计算架构。

17）GPU ：Graphics Process Unit, 图形处理器。

并行程序设计导论第四章课后题答案(2024)

并行程序设计导论第四章课后题答案(2024)

并行程序设计导论第四章课后题答 案
2024/1/29
1
目录
2024/1/29
• 课后题概述与解题思路 • 并行计算基本概念回顾 • 数据并行和任务并行编程技巧 • 同步与通信机制在并行程序中的应用 • 性能评价与调试方法分享 • 实例分析：典型课后题解答过程展示
2
01 课后题概述与解题思路
2024/1/29
并行化设计
将程序中的可并行部分进行并行处理，利用多核CPU或分布式系统的 计算能力提高程序性能。
数据结构优化
根据问题的特点选择合适的数据结构，以减少内存占用和提高数据访 问效率。
代码优化
通过编译器优化选项、内联函数、减少函数调用等手段提高代码执行 效率。
22
06 实例分析：典型课后题解 答过程展示
并行性能优化
通过分析并行程序的性能瓶颈，采用合适的优化策略，如减少通信 开销、提高缓存利用率等，提高并行程序的执行效率。
14
04 同步与通信机制在并行程 序中的应用
2024/1/29
15
同步机制原理及作用
2024/1/29
同步机制原理
通过设定同步点或同步操作，确保并 行程序中的各个进程或线程在关键点 上达到一致状态，避免数据竞争和结 果不确定性。
重点复习并行程序设计的基本概念、原理和方法，理解并掌握相关术语和定义。通过对比和分析选项，找出 正确答案。
简答题
在理解基本概念的基础上，结合实际应用场景和问题背景，进行深入分析和思考。注意答案的条理性和逻辑 性，尽量用简洁明了的语言进行表述。
编程题
首先明确题目要求和目标，设计合理的算法和数据结构。在编写代码时，注意并行化策略的选择和实现，以 及同步和通信机制的处理。最后对程序进行测试和调试，确保正确性和性能。
并行计算总复习

并行计算总复习

并行计算总复习题型：1．问答题；2．算法描述；3．走例子说明对算法的理解第二章SIMD 和MIMD 所代表的计算模型是什么？主要区别和各自的系统结构示意图。

SPMD的含义是什么？若按通讯方式对并行算法进行分类有几种分类方法，各自的特点是什么？在理想并行计算模型中（parallel random access machine(PRAM), EREW, CREW, 和CRCW表示的意思是什么？能画出多处理机系统中处理单元的基本互连结构图，Mash, hypercube, 网络，对静态网络的测度：直径，连通性，二分宽度(bisection width), cost.能说出一种解决多处理器系统中cache和内存数据一致性问题的方法。

能给出store-and-forward routing 和cut-through routing的思想通讯费用是如何计算的？延迟时间，t s, t h, t w对Mesh 的X-Y_routing和对Hypercube的E-Cube routing的路由规则。

如何把linear array, mesh 和hypercube 相互嵌入？G(i,d)函数的计算。

把复杂网络嵌入的简单网络，能说明些什么问题？其意义是什么？一般对简单网络的带宽是怎么要求的？第三章dependency graph 的定义及画法。

对同一问题dependency graph 的画法是否唯一？并行算法的粒度定义是什么？把processes 影射到processors的基本原则是什么？减少通讯，…,在并行算法设计时，有几种把计算分解的技术？能举例说明。

能说明data parallel model, task graph model 和work pool model 的含义。

第四章Basic communication operations能画出下列操作的示意图one to all broadcast; all to one reductionall to all broadcast; all to all reductionscatter, gather, all reduce, prefix sum，all to all personalized communication. Circular shift,能写出在hypercube上的one to all broadcast/ all to one reductionall-to-all personal broadcast;all-to-all broadcast;算法以及时间复杂性的分析。