幾種并行模型比較-創(chuàng)新互聯(lián)

廣義上講，并行可以分為幾類，1. 共享內(nèi)存并行(明確的線程，比如Pthreads和Java threads)；2.共享內(nèi)存并行(任務(wù)/數(shù)據(jù)的并行，比如OpenMP); 2. 分布式并行(明確的通信，比如MPI, SHMEM, 和Global Arrays); 3. 分布式并行(特殊的全局訪問，比如Co-Array Fortran, UPC)。

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具體說來，

Pthreads 是一個共享內(nèi)存的編程模型，并行化通過并行調(diào)用函數(shù)來實現(xiàn)。一個并行函數(shù)體被多個線程同步的執(zhí)行，這些線程都可以訪問共享的全局?jǐn)?shù)據(jù)。Pthreads是許多并行模型的底層實現(xiàn)。

Java是一個通用的編程語言，它通過線程的形式來支持并行化。并行Java程序運行在共享內(nèi)存處理器上，它非常類似于Pthreads程序。Pthreads和Java僅僅在共享內(nèi)存處理器上存在。

OpenMP也是共享內(nèi)存模型，它的并行化是通過為循環(huán)和函數(shù)定義并行注釋(parallel directives)來實現(xiàn)。OpenMP注釋可以指出哪些循環(huán)部分可以并行執(zhí)行，以及可以并行起來的函數(shù)。其它的一些注釋用于指出針對某一進(jìn)程的共享或私有的數(shù)據(jù)。編譯器可以將OpenMP程序翻譯成像Pthreads一樣的程序，其中并行的循環(huán)體都會被翻譯成并行函數(shù)的形式。OpenMP是一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的并行化庫，被多種語言和平臺所支持。OpenMP目前僅僅應(yīng)用于共享內(nèi)存處理器。

MPI是分布式內(nèi)存模型，其線程需要明確的進(jìn)行通信，這些通信基于MPI運行時庫來發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。MPI被廣泛采納，任何并行平臺都能找到它。它的性能也已經(jīng)被調(diào)優(yōu)。盡管需要一定的編程才能實現(xiàn)，MPI由于其可移植性和性能表現(xiàn)，是目前最受歡迎的并行模式。

許多科學(xué)應(yīng)用具有非常規(guī)則的內(nèi)存訪問模式，因此可以很容易的并行起來。三種典型的應(yīng)用是，1. 不規(guī)則的表訪問，涉及到許多并行數(shù)據(jù)庫操作；2.不規(guī)則的動態(tài)訪問，涉及到稀疏的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，比如共軛梯度法求n階稀疏矩陣的主特征值；3. 內(nèi)存排序 in-memory sorting。

來源：

Evaluating the Imapct of Programming Language Features on the Performance of Parallel Applications on Cluster Architectures (by Konstantin Berlin, et al.)

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