并行计算1

并行计算

实

验

报

告

学院名称计算机科学与技术学院专业计算机科学与技术

学生姓名

学号

年班级

2016年5 月20 日

一、实验内容

本次试验的主要内容为采用多线程的方法计算pi的值，熟悉linux下pthread 形式的多线程编程，对实验结果进行统计并分析以及加速比曲线分析，从而对并行计算有初步了解。

二、实验原理

本次实验利用中值积分定理计算pi的值

图1 中值定理计算pi

其中公式可以变换如下：

图2 积分计算pi公式的变形

当N足够大时，可以足够逼近pi，多线程的计算方法主要通过将for循环的计算过程分到几个线程中去，每次计算都要更新sum的值，为避免一个线程更新sum 值后，另一个线程仍读到旧的值，所以每个线程计算自己的部分，最后相加。三、程序流程图

程序主体部分流程图如下：

多线程执行函数流程图如下：

四、实验结果及分析

令线程数分别为1、2、5、10、20、30、40、50和100，并且对于每次实验重复十次求平均值。结果如下：

图5 时间随线程的变化

实验加速比曲线的计算公式类似于

结果如下：

图5 加速比曲线

实验结果与预期类似，当线程总数较少时，线程数的增多会对程序计算速度带来明显的提升，当线程总数增大到足够大时，由于物理节点的核心数是有限的，因此会给cpu带来较多的调度，线程的切换和最后结果的汇总带来的时间开销较大，所以线程数较大时，增加线程数不会带来明显的速度提升，甚至可能下降。

五、实验总结

本次试验的主要内容是多线程计算pi的实现，通过这次实验，我对并行计算有了进一步的理解。上学期的操作系统课程中，已经做过相似的题目，因此程序主体部分相似。不同的地方在于，首先本程序按照老师要求应在命令行提供参数，而非将数值写定在程序里，其次是程序不是在自己的电脑上运行，而是通过ssh和批处理脚本等登录到远程服务器提交任务执行。

在运行方面，因为对批处理任务不够熟悉，出现了提交任务无结果的情况，原因在于windows系统要采用换行的方式来表明结束。在实验过程中也遇到了其他问题，大多还是来自于经验的缺乏。

在分析实验结果方面，因为自己是第一次分析多线程程序的加速比，因此比较生疏，参考网上资料和ppt后分析得出结果。

从自己遇到的问题来看，自己对批处理的理解和认识还比较有限，经过本次实验，我对并行计算的理解有了进一步的提高，也意识到了自己存在的一些问题。

六、程序代码及部署

程序源代码见cpp文件

部署说明：

使用gcc编译即可，编译时加上-pthread参数，运行时任务提交到服务器上。

编译命令如下：

gcc -pthread PI_3013216011.cpp -o pi

pbs脚本(runPI.pbs)如下：

#!/bin/bash

#PBS -N pi

#PBS -l nodes=1:ppn=8

#PBS -q AM016_queue

#PBS -j oe

cd $PBS_O_WORKDIR

for ((i=1;i<=10;i++))

do

./pi num_threads N >> runPI.log

done

提交命令：

qsub runPI.pbs

之后查看runPI.log结果即可。