进程，进程间通信与线程（并行计算）

简介：在超级计算并行计算中，消息传递并行程序设计密切相关的一个概念就是进程，正是由于进程之间可以通信，才决定了并行程序设计平台的出现

1 进程

   进程可表示为四元组，也即是（P,C,D,S）,  其中P是程序的代码，C是进程的控制状态，D是进程的数据，S是进程的执行状态。任何进程都和程序联系在一起，程序一旦在系统中运行，就变成了进程；

   各个进程都有其独立的执行环境，其中包括内存数据，指令地址空间，程序计数器，寄存器，栈空间，文件系统，I/O设备等；

   进程有两个明显的特征：一个是资源特征，就是程序执行所必需的一些计算资源;一个是执行特征，就是进程执行过程中，一些动态改变的特性；进程的资源特征反应了进程是资源拥有的最小单元，而执行特征反应了进程是操作系统调度的基本单元；

   进程在执行过程中，都涉及如下几种状态：

   非存在状态，就绪状态，运行状态，挂起状态，退出状态， 其实进程除了挂起状态到就绪状态再到运行状态，进程还会出现僵死状态，僵死状态还会占用计算机资源，所以要主动清除僵死状态的进程；

2 进程间通信

   进程间通信有三种形式：通信，同步，聚集

   通信：进程间的通信，我们称之为消息传递，MPI（message pass interface，消息传递接口），消息传递可以一台处理机中进行，也可以在多台处理机中进行（这种情况就是并行计算了）

   同步：也即是进程之间要同步，这是进程之间通信的一种方式

   聚集（或归纳）：将进程之间的结果都聚集起来

3 线程

   为了在共享存储环境中有效的开发应用程序的细粒度并行度，将一个进程分成两个部分，一个部分是由其资源特征组成，一个部分是由其执行特性组成，称之为线程，   ，进程的指令路径可以分解为并行的互不相干的多条子路径，所以就有单进程单线程执行，单进程双线程执行，单进程多线程执行；

 

4 消息传递并行编程环境（MPI）

   1 构成该环境的所有消息传递函数的接口说明

   2 并行机厂商提供的对这些函数的具体实现

其实在标准串行程序设计语言（c,c++,fortran）的基础上，再加上实现进程间通信的MPI消息传递接口函数库，就构成了MPI并行编程的的设计环境。

MPI并行编程环境也是国内外最流行的并行编程环境之一，当前，大量工业，科学与工程部门，例如气象部门，石油，地震，空气动力学，核物理等的科研与工程软件已经移植到MPI平台，包括原材料的设计和仿真；