【高性能并行计算】——第一课

 

 

 

串行计算：

并行计算：

这里我们假定了要解决的问题完全可分为4个独立运行的部分，由4个processors来独立运行。实际问题中，独立性和关联性是一个“太极”关系，就涉及到划分的粒度和通讯的频率等等问题。

 

 

计算机系统可以分为以下四类：

　　　　单指令单数据流（SISD）：一个单处理器执行一个单指令流，对保存在一个存储器中的数据进程进行操作。

　　　　单指令多数据流（SIMD）：一个机器指令控制多个处理部件步伐一致的同时执行。每个处理部件都有一个相关的数据处理空间，因此，每条指令由不同的处理器在不同　的数据集合上执行。

　　　　多指令单数据流（MISD）：一系列数据被传送到一组处理器上，每个处理器执行不同的指令序列。

　　　　多指令多数据流（MIMD）：一组处理器同时在不同的数据集上执行不同的指令序列。

 

1、 什么是MPP？

MPP (Massively Parallel Processing)，即大规模并行处理，在数据库非共享集群中，每个节点都有独立的磁盘存储系统和内存系统，业务数据根据数据库模型和应用特点划分到各个节点上，每台数据节点通过专用网络或者商业通用网络互相连接，彼此协同计算，作为整体提供数据库服务。非共享数据库集群有完全的可伸缩性、高可用、高性能、优秀的性价比、资源共享等优势。

简单来说，MPP是将任务并行的分散到多个服务器和节点上，在每个节点上计算完成后，将各自部分的结果汇总在一起得到最终的结果(与Hadoop相似)。

2、MPP(大规模并行处理)架构 

 

                                       (MPP架构)

3、 MPP架构特征

● 任务并行执行;

● 数据分布式存储(本地化);

● 分布式计算;

● 私有资源;

● 横向扩展;

● Shared Nothing架构

SMP（对称多处理机）：结构与MMP类似。不同的是SMP有一个统一的共享主存储空间，而MMP则是每个处理器都有自己的存储器。

 

群集计算机系统 Cluster(computer) system 是一类特殊的分布式计算机系统。广义上说，它由若干相对独立的计算机组合起来作为一个系统使用。实际上说，它通常由同一系列的，使用同种操作系统的若干计算机通过高速总线或快速网络互连而成。这是一种专为高可用性的“关键任务”设计的系统。这类应用系统的特点是要求长期连续工作。

 

总结：

　　并行计算（Parallel Computing）是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，是提高计算机系统计算速度和处理能力的一种有效手段。它的基本思想是用多个处理器来协同求解同一问题，即将被求解的问题分解成若干个部分，各部分均由一个独立的处理机来并行计算。并行计算系统既可以是专门设计的、含有多个处理器的超级计算机，也可以是以某种方式互连的若干台的独立计算机构成的集群。通过并行计算集群完成数据的处理，再将处理的结果返回给用户。　　

　　并行计算或称平行计算是相对于串行计算来说的。所谓并行计算可分为时间上的并行和空间上的并行。 时间上的并行就是指流水线技术，而空间上的并行则是指用多个处理器并发的执行计算。

　　并行计算科学中主要研究的是空间上的并行问题。从程序和算法设计人员的角度来看，并行计算又可分为数据并行和任务并行。空间上的并行导致了两类并行机的产生，按照Flynn的说法分为：单指令流多数据流（SIMD）和多指令流多数据流（MIMD）。

　　我们常用的串行机也叫做单指令流单数据流（SISD）。

　　MIMD类的机器又可分为以下常见的五类：并行向量处理机（PVP）、对称多处理机（SMP）、大规模并行处理机（MPP）、工作站机群（COW）、分布式共享存储处理机（DSM）。

　　目前常见的并行编程技术包括：MPI、OPENMP、OPENCL、OPENGL、CUDA。