并行计算 - 练习题
并行计算期末试题及答案
并行计算期末试题及答案1. 基础概念部分并行计算是一种计算模式，它使用多个处理单元同时执行计算操作，以加快计算速度。
在现代计算机系统中，我们常常使用多核处理器、图形处理器（GPU）或者分布式系统来实现并行计算。
1.1 并行计算的优势并行计算具有以下几个优势：加速计算速度：通过同时执行多个计算任务，可以极大地提高计算效率。
解决大规模问题：并行计算可以处理大规模和复杂的问题，提供更精确的结果。
降低能耗：通过合理利用处理器资源，可以降低计算任务的能耗。
应用广泛：并行计算可以应用于各个领域，如科学计算、大数据分析、机器学习等。
1.2 并行计算的分类并行计算按照任务之间的关系可以分为两类：数据并行：将数据划分为多个子集，同时在不同的处理器上进行计算，然后将计算结果汇总。
常见的应用包括矩阵运算、图像处理等。
任务并行：将任务划分为多个子任务，每个子任务由一个独立的处理器执行，最后将各个子任务的结果合并。
常见的应用包括并行搜索算法、并行排序等。
2. 并行计算的算法设计2.1 并行算法设计要点在设计并行算法时，需要考虑以下几个要点：任务划分：将计算任务划分为多个子任务，确保各个子任务之间的计算工作均衡，并保持任务之间的独立性。
任务调度：合理安排各个处理器上的任务执行顺序和时间，最大程度地减少通信开销和等待时间。
数据通信：处理器之间需要进行数据交换和通信，应选择合适的通信方式，并考虑通信延迟和带宽等因素。
数据同步：在多个处理器之间，可能需要进行数据同步操作，确保各个处理器之间的数据一致性。
2.2 并行算法实例：并行矩阵乘法并行矩阵乘法是一个常见的数据并行算法，可以有效地利用多核处理器加速大规模矩阵运算。
具体算法如下：步骤1：将输入矩阵划分为若干个小矩阵，每个小矩阵分配给一个处理器。
步骤2：每个处理器计算相应小矩阵的部分结果。
步骤3：将各个处理器计算得到的部分结果进行求和，得到最终的矩阵乘积结果。
3. 并行计算的应用举例3.1 科学计算在科学计算领域，有大量的计算任务需要处理大规模的数据和复杂的数学模型。
并行计算试题及答案
计算机学院研究生《并行计算》课程考试试题（2010级研究生，2011.1）1．（12分）定义图中节点u 和v 之间的距离为从u 到v 最短路径的长度。
已知一个d 维的超立方体，1）指定其中的一个源节点s ，问有多少个节点与s 的距离为i ，其中0≤i ≤d 。
证明你的结论。
2）证明如果在一个超立方体中节点u 与节点v 的距离为i ，则存在i ！条从u 到v 的长度为i 的路径。
1)有id C 个节点与s 的距离为i 。
证明：由超立方体的性质知：一个d 维的超立方体的每个节点都可由d 位二进制来表示，则与某个节点的距离为i 的节点必定在这d 位二进制中有i 位与之不同，那么随机从d 位中选择i 位就有id C 种选择方式，即与s 的距离为i 得节点就有id C 个。
2)证明：由1）所述可知：节点u 与节点v 的距离为i 则分别表示u 、v 节点的二进制位数中有i 位是不同的。
设节点u 表示为：121D .........j j i j i d D D D D D +-+，节点v 表示为：''121D .........j j i j i dD D D D D +-+，则现在就是要求得从121D .........j j i j i d D D D D D +-+变换到''121D .........j j i j i d D D D D D +-+ 的途径有多少种。
那么利用组合理论知识可知共有*(1)*(2)*...*2*1i i i --即!i 中途径。
所以存在i ！条从u 到v 的长度为i 的路径。
2．（18分）6个并行程序的执行时间，用I-VI 表示，在1-8个处理器上执行了测试。
下表表示了各程序达到的加速比。
对其中的每个程序，选出最适合描述其在16个处理器上性能的陈述。
a ） 在16个处理器上的加速比至少比8个处理器上的加速比高出40%。
b ） 由于程序中的串行程序比例很大，在16个处理器上的加速比不会比8个处理器上的加速比高出40%。
并行计算-习题及答案-第12章 并行程序设计基础
第十二章 并行程序设计基础习题例题：1、假定有n 个进程P(0)，P(1)，…，P(n -1)，数组元素][i a 开始时被分配给进程P(i )。
试写出求归约和]1[]1[]0[-+++n a a a 的代码段，并以8=n 示例之。
2、假定某公司在银行中有三个账户X 、Y 和Z ，它们可以由公司的任何雇员随意访问。
雇员们对银行的存、取和转帐等事务处理的代码段可描述如下：/*从账户X 支取￥100元*/atomic {if (balance[X] > 100) balance[X] = balance[X]-100； }/*从账户Y 存入￥100元*/atomic {balance[Y] = balance[Y]-100；}/*从账户X 中转￥100元到帐号Z*/atomic {if (balance[X] > 100){balance[X] = balance[X]-100；balance[Z] = balance[Z]+100；} }其中，atomic {}为子原子操作。
试解释为什么雇员们在任何时候（同时）支、取、转帐时，这些事务操作总是安全有效的。
3、考虑如下使用lock 和unlock 的并行代码：parfor (i = 0；i < n ；i++){noncritical sectionlock(S)；critical sectionunlock(S)；}假定非临界区操作取T ncs时间，临界区操作取T cs时间，加锁取t lock时间，而去锁时间可忽略。
则相应的串行程序需n( T ncs + T cs )时间。
试问：①总的并行执行时间是多少？②使用n个处理器时加速多大？③你能忽略开销吗？4、计算两整数数组之内积的串行代码如下：Sum = 0；for(i = 0；i < N；i++)Sum = Sum + A[i]*B[i]；试用①相并行；②分治并行；③流水线并行；④主-从行并行；⑤工作池并行等五种并行编程风范，写出如上计算内积的并行代码段。
并行计算-习题及答案-例题习题讲解
例题习题讲解例1 SIMD-SM上求最大值算法Beginfor k=m-1 to 0 dofor j=2k to 2k+1-1 par-doA[j]=max{A[2j], A[2j+1]}end forend forend时间分析t(n)=m×O(1)=O(logn)p(n)=n/2c(n)=O(nlogn) 非成本最优例2 令n=2k(k>=0)，求n个数和的并行算法算法运行时间：t(n)=O(logn)总运算量: W(n)=W(1)(n)+W(2)(n)+W(3)(n)=n+∑n/2h+1=O(n)由Brent定理知: t(n)=O(n/p+logn)例3 设A为矩阵，有如下串行程序段：f o r i=1t o n d of o r j=1t o n d oa[3i,2j]=a[3i-2,2j-1]e n df o re n df o r其相关方向向量为，可知行和列间同时存在数据相关。
在此我们可以试用行划分、列划分和方块划分.在行划分的情况下令m=┌n/p┐,例1的串行程序段可以转化为如下的并行程序段：f o r k=1t o P P a r-d of o r i1=1t o m d of o r j=1t o n d oa[3(k-1)m+3i1,2j]=a[3(k-1)m+3i1-2,2j-1]e n df o re n df o re n df o r例4 设A为一个n阶方阵，有如下串行程序段：f o r i=1t o n d of o r j=1t o n d oa[i,j]=a[i-1,j]e n df o re n df o r分析矩阵A的元素下标i和j，则i和j的相关方向向量为，各列之间数据无任何相关关系。
因此对矩阵A可按列划分。
串行程序段可转化为如下并行程序段：f o r k=1t o P P a r-d of o r j1=1t o m d of o r i=1t o n d oa[i,(k-1)m+j1]=a[i-1,(k-1)m+j1] e n d f o re n df o re n df o r例5注：本例无链路竞争和死锁现象例6 E立方选路0110(S)1101(D)1011(R)例7 DNS乘法示例C00=1×(-5)+2×7=9C01=1×(-6)+2×8=10C10=3×(-5)+4×7=13C11=3×(-6)+4×8=14例8 上三角方程组的回代解法并行化(1)SISD上的回代算法Begin(1)for i=n downto 1 do(1.1)x i=b i/a ii(1.2)for j=1 to i-1 dob j=b j-a ji x ia ji=0endforendforEnd(2)SIMD-CREW上的并行回代算法- 划分: p个处理器行循环带状划分- 算法Beginfor i=n downto 1 dox i=b i/a iifor all P j, where 1≤j≤p do for k=j to i-1 step p do b k=b k-a ki x ia ki=0endforendforendforEnd // p(n)=n, t(n)=n例9 n=8的BF网络表示P r,i与上层P r-1,i, P r-1,j相连, 这里j与i仅在第r位不同例10 一个在MPI中创建新通信域的例子M P I_C o m m M y W o r l d,S p l i t W o r l d;i n t m y_r a n k,g r o u p_s i z e,C o l o r,K e y;M P I_I n i t(&a r g c,&a r g v);M P I_C o m m_d u p(M P I_C O M M_W O R L D,&M y W o r l d);M P I_C o m m_r a n k(M y W o r l d,&m y_r a n k);M P I_C o m m_s i z e(M y W o r l d,&g r o u p_s i z e);C o l o r=m y_r a n k%3;K e y=m y_r a n k/3;M P I_C o m m_s p l i t(M y W o r l d,C o l o r,K e y,&S p l i t W o r l d);例11 考虑如下程序段：L1:f o r I=1t o50d o...S:X(2*I)=......T:...=...X(3*I+1)......e n df o r这里：f1(I)=2*I；g1(J)=3*J+1。
并行算法考试题
1、名词解释：（1）等分宽度：把网络划分为两个相等的部分（节点数之多差1），所需要去掉的网络边的条数。
（2）网络直径：网络中两个节点之间的最远的距离（3）并行运行时间：从第一台处理机开始执行任务开始，到最后一台处理机执行完任务所经历的时间。
（4）并行步：能够同时执行的操作数。
（5）加速比：同一任务在串行计算下的运行时间/并行计算下的运行时间。
2、介绍超立方体网络互连方式的性能指标解答：q维超立方体，等分宽度为2q-1，网络直径：q，网络接口数：q3、按照指令流和数据流，并行计算机可以分为哪些类型？各自适合什么样的并行计算？排名在前20的计算机都是什么类型的计算机？它们的区别是什么？解答：（1）SIMD：适合指令/操作级并行（2）MIMD：适合块、回路或子程序级的并行4、并行算法有哪些设计方法？（1）流水线技术（2）分而治之策略（3）平衡二叉树方法（4）倍增技术（5）加速级联策略5、举例说明平衡树方法的原理？参考：使用n/2台计算机，可以在⎡⎤nlog步完成运算。
26、Logp模型有哪些参数？BSP模型有哪些参数？这两个模型之间的关系是什么？（1） L ：源处理机与目标处理机之间进行消息通信所需要等待的延迟时间上限（2） o ：处理机用于发送或接收每个消息的时间开销（3） g ：连续发送/接收消息的时间间隙（4） P ：处理机个数BSP 模型：（1） P ：处理机数（2） g ：选路器吞吐率（3） L ：全局同步之间的时间间隔关系：（1） 本质上等效，可以相互模拟（2） 用BSP 模拟LOGP 所进行的计算时，通常会慢常数倍。
（3） 反之，慢对数倍7、 题目记不清了，只要知道两个公式就可以了，对于logp ：L+2o 对于logGp ：t α+t β8、 计算加速比和效率的题，具体记不清了，只要会使用公式就可以了。
9、 关于群集系统中QR 分解的题目。
将矩阵的行列都分成5等分，得到它的25个任务，按照贪婪算法的调度思想，画出子任务执行的并行步。
并行计算的参考题目
并行计算的参考题目1、讨论某一种算法的可扩放性时，一般指什么？88答：讨论某一种算法的可扩放性时，实际上是指该算法针对某一特定机器结构的可扩放性2、使用“Do in Parallel”语句时，表示的是什么含义105答：表示算法的若干步要并行执行3、并行计算机的存储访问类型有哪几种？26答：存储访问类型有：UMA（均匀存储访问）、NUMA（非均匀存储访问）、COMA（全高速缓存存储访问）、CC-NUMA（高速缓存一致性非均匀存储访问）、NORMAl（非远程存储访问）4、什么是同步？它有什么作用？如何实现？107答：同步是在时间上强使各执行进程在某一点必须相互等待。
作用：确保个处理器的正确工作顺序以及对共享可写数据的正确访问（互斥访问）。
实现方法：用软件、硬件和固件的方法实现。
5 在并行加速比的计算中，常用的三种加速比定律分别是哪三种？（P83）答：常用的三种加速比定律分别是：适用于固定计算负载的Amdahl定律，适用于可扩放问题的Gustafson定律和受限于存储器的Sun和Ni定律。
6、试比较Amdahl定律、Gustafson定律、Sun和Ni定律三种加速定律的应用场合。
83 答：Amdahl定律适用于固定计算负载的问题Gustafson定律适用于可扩放性问题Sun和Ni定律适用于受限于存储器的问题。
7.并行算法的基本设计技术有哪些？它们的基本思想是什么？139答：(1)基本技术有：划分设计技术(又分为均匀划分技术、方根划分技术、对数划分技术和功能划分技术)、分治设计技术、平衡树设计技术、倍增设计技术、流水线设计技术等。
(2)基本思想分别如下：a.划分设计技术：(P139) 将一原始问题分成若干部分，然后各部分由相应的处理器同时执行。
b.分治设计技术：(P144)将一个大二复杂的问题分解成若干特性相同的子问题分而治之。
若所得的子问题规模仍嫌过大，可反复使用分治策略，直至很容易求解诸子问题为止。
并行计算习题(全)
第二章 习题例题：
1.
当代并行计算机系统介绍
请尽可能访问以下有关高性能并行计算的网址： IEEE/CS ParaScope (/parascope/)，world-wide parallel computing sites High Performance Computing Lists (/homes/mcbryan/public_html/bb/2/summary.html) The Language List (http://cuiwww.unige.ch/langlist) enumerate programming languages TOP 500 (/benchmark/top500.html) World's TOP 500 most powerful computing sites (at Netlib，University of Tennessee) Myrinet () DSM bibliography (http://www.cs.ualberta.ca/~rasit/dsmbiblio.html) Berkeley Active Message page (/AM/active_messages.html) The Cray Research system page (/products/systems/) SGI/Cray Origin 2000 (/Products/hardware/servers/index.html) Cray T3E (/products/systems/crayt3e/) PetaFLOPS web site (/hpcc/) NASA HPCC Program (/hpcc/) Cray T3E (/products/systems/crayt3e/) IBM SP (/hardware/largescale/) Intel Paragon (/Services/ Consult/Paragon/paragon.html) Kai Li (/~li/) SP2 at MHPCC (/doc/SP2.general/SP2.general.html) MPI Standard site (/mpi/index.html) MIT Parallel and Distributed Operating Systems Group (/). National Center for Supercomputer Applications at UIUC (NCSA) (/) Cornell Theory Center (CTC) (/ctc.html) Argonne Natl Laboratory，Mathematics & Computer Science Div. (/) Army Research Lab (/) Lawrence Livermore National Laboratory (/comp/comp.html) Los Alamos Natl Laboratory (LANL) Advanced Computing Laboratory (/). Maui High Performance Computing Center (MHPCC) (/mhpcc.html) San Diego Supercomputer Center (/SDSCHome.html) Sandia National Laboratories (/) Massively Parallel Comp. Res. Lab. Parallel Processing in Japan (/papers/ppij.html) Cray Research (/) IBM High-Performance Computing (/) ParaSoft Corporation (/)
并行计算与高性能计算考核试卷
（以下为答题纸区域，请考生在此区域作答，超出此区域作答无效。）
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.并行计算中，将一个大的任务分解成多个子任务的过程称为______。
2.在并行计算中，______是指使用多个处理器执行单个任务的不同部分。
3.高性能计算中，______是一种衡量计算机性能的指标，表示每秒能够执行的浮点运算次数。
C. CUDA
D. Java
5.并行计算中，任务分解与任务分配是（）
A.相同的过程
B.互相独立的
C.相互依赖的
D.无关的
6.以下哪个部件不是并行计算机的主要组成部分？（）
A.处理器
B.存储器
C.网络接口卡
D.显卡
7.高性能计算领域中，计算速度的主要指标是（）
A. MIPS
B. MFLOPS
C. GHz
D. OpenCL
11.并行计算中，以下哪种通信方式开销最小？（）
A.同步通信
B.异步通信
C.广播通信
D.全局通信
12.以下哪个术语不是高性能计算中的术语？（）
A.性能
B.效能
C.并行度
D.带宽
13.并行计算中，以下哪种同步机制可能会导致死锁？（）
A.互斥锁
B.条件变量
C.信号量
D.读写锁
14.以下哪个选项不属于并行计算中的数据依赖类型？（）
3. MFLOPS
4.点对点
5.数据并行
6.可扩展性
7.图形处理单元
8.互斥锁
9. SRAM
10.并发
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
并行计算-习题及答案-第11章 快速傅里叶变换
第十一章快速傅里叶变换习题例题：1.试计算下属序列的DFT：(a) (13,17,19,23)(b) (2,1,3,7,5,4,0,6)2.试计算下述序列的逆DFT：(a) ( 16, -0.76 + 8.66i , -6+6i, -9.25+2.66i, 0, -9.25-2.66i, -6-6i, -0.76-8.66i )(b) ( 4-i, 2+i, 2+i, -i 4-i, 2+i, 2+i, -i, )3.参照算法11.1,设计一个单处理机上时间为((nlogn)的离散傅氏逆变换算法;并以n = 8为例。
画出其逆变换蝶氏计算流图。
4.Cormen曾给了另一种形式的FFT递归算法：(a) 试分析此算法的执行过程；(b) 它和算法11.2有何区别？(c) 按此算法画出n = 8的FFT蝶氏计算流图。
算法11.7 SISD上Cormen计算FFT算法输入：a0 , a1 , ... , a n-1输出：b0 , b1 ... , b n-1Begi nif n = 1 then return aelse(1) w = e2πi/n(2) z=1(3) a[0] = (a0 , a2 , ... , a n-2)(4) a[1] = (a1 , a3 , ... , a n-1)(5) b[0] = RECURSIVEFFT(a[0])(6) b[1] = RECURSIVEFFT(a[1])(7) for k=0 to n/2 -1 do(i) b k = b[0]k + zb[1]k(ii)k + n/2 = b[0] k - zb[1] k(iii)= z·wendfor(8) return bendifend5.根据算法11.2，逐步计算 n – 8的FFT，并画出其蝶氏计算流图。
6.令 n = 8 = 2k，在蝶式网络上，按照exp(r,i) = j (0≤i≤n-1,0≤r≤k)的计算方法，试计算分布在蝶形网络中的8点FFT的系数矩阵元素w j。
并行计算习题(全)
2.
根据表所给出的数据： ①分别计算 Berkeley Now、Intel Paragon 和 Cray C90 的性能/价格比； ②你能由此得出什么结论吗？ 三种机器求解某应用常微分方程时的运行一览表 机器系统 Cray C90 Intel Paragon Now +Ethernet NOW+ATM+PIO+AM 处理器数 16 256 256(RS6000) 256(RS6000) 计算时 通信时 间 （s） 间（s） 7 12 4 4 4 24 23340 8 I/O 时 总时间 间（s） （s） 16 10 4030 10 27 46 27340 21 价格 （s） 30 10 4 5
第四章 习题例题：
1.
并行算法的设计基础
试证明 Brent 定理：令 W (n)是某并行算法 A 在运行时间 T(n)内所执行的运算数量，则 A 使用 p 台处理器可在 t(n)＝O(W(n)／p+T(n))时间内执行完毕。 假定P i （1≤i≤n）开始时存有数据d i , 所谓累加求和指用 di 。 算法 PRAM-EREW上累加求和算法 输入： P i 中保存有d i , l≤ i ≤ n 输出： P i 中的内容为
第二章 习题例题：
1.
当代并行计算机系统介绍
请尽可能访问以下有关高性能并行计算的网址： IEEE/CS ParaScope (/parascope/)，world-wide parallel computing sites High Performance Computing Lists (/homes/mcbryan/public_html/bb/2/summary.html) The Language List (http://cuiwww.unige.ch/langlist) enumerate programming languages TOP 500 (/benchmark/top500.html) World's TOP 500 most powerful computing sites (at Netlib，University of Tennessee) Myrinet () DSM bibliography (http://www.cs.ualberta.ca/~rasit/dsmbiblio.html) Berkeley Active Message page (/AM/active_messages.html) The Cray Research system page (/products/systems/) SGI/Cray Origin 2000 (/Products/hardware/servers/index.html) Cray T3E (/products/systems/crayt3e/) PetaFLOPS web site (/hpcc/) NASA HPCC Program (/hpcc/) Cray T3E (/products/systems/crayt3e/) IBM SP (/hardware/largescale/) Intel Paragon (/Services/ Consult/Paragon/paragon.html) Kai Li (/~li/) SP2 at MHPCC (/doc/SP2.general/SP2.general.html) MPI Standard site (/mpi/index.html) MIT Parallel and Distributed Operating Systems Group (/). National Center for Supercomputer Applications at UIUC (NCSA) (/) Cornell Theory Center (CTC) (/ctc.html) Argonne Natl Laboratory，Mathematics & Computer Science Div. (/) Army Research Lab (/) Lawrence Livermore National Laboratory (/comp/comp.html) Los Alamos Natl Laboratory (LANL) Advanced Computing Laboratory (/). Maui High Performance Computing Center (MHPCC) (/mhpcc.html) San Diego Supercomputer Center (/SDSCHome.html) Sandia National Laboratories (/) Massively Parallel Comp. Res. Lab. Parallel Processing in Japan (/papers/ppij.html) Cray Research (/) IBM High-Performance Computing (/) ParaSoft Corporation (/)
并行计算-期末考试模拟题原题
()
}
2)
a)a
b)
c)
d)
e)
f)
2）了解的基本函数
1）建立一个并行计算环境
2）关闭所有并行任务
3）获得可用的进程数
4）得到进程
5）消息发送功能
6）消息接收功能
3).
a)() .
b)a a(a ) .
.
3）能说明在中的阻塞的消息传递（ ）和无阻塞的消息传递（）的含义和具体如何实现的。
1)只返回相应的后已经下达,消息被发送到接收器(阻塞)完全。
2)初始化一个流程来复制到缓冲区的消息的目的地,然后返回(无阻塞/非阻塞方式的缓冲区)无需等待完成的数据转换。
请给相应的句子的两种消息传入。
答：
7 第7章
1)a
1）说明一般利用编程的程序基本结构（包含那几个语句）。
答：指定的一个标准的线程， 。也称为
线程的创建、终止
等待所有线程运行完毕以便完成结果的合并
并行计算 英文班复习
考试范围及题型：（1—10章）
1 基本概念解释；()
2 问答题。
3 算法的画图描述。
4 编程。
并行计算
1 基本概念解释；()
,
,
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a ,
,
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s,
,
,
,
a,
2 问答题。
1 第1章
1)?1）为什么我们需要并行计算？
答：
2)2）解释并行计算与串行计算在算法设计中的主要不同点在那里？
答：
4 第4章
1), , ( )
1）熟悉的基本通信业务，以及对他们的典型模式实现，超立方体，线性阵列和网状（图形描述）
并行计算期末试题-理工
并行计算期末试题适用专业：理工类考试说明：1、将试卷答案以学号命名为word文件，如115042101.doc，上传到ftp://172.17.124.203/upload。
2、第一、二大题，直接将答案写在题后；第三、四题要求将程序补充、编写完整并将运行结果截图插在题目后面。
一、简述题（每小题4分，共20分）。
1、简述openmp编译制导指令master,single,critical,atomic的功能。
1.master制导语句指定代码段只能被主线程执行2.single编译制导语句指定内部代码只能由线程组中的一个线程执行。
线程组中没有执行single语句的线程会一直等待代码块的结束，使用nowait子句除外。
3.critical制导语句表明域中的代码一次只能由一个线程执行，其他线程被阻塞在临界区4.atomic制导语句指定特定的存储单元将被原子更新2、简述openmp编译制导子句shared,private的功能？简述openmp编译制导指令threadprivate的功能。
1.private子句表示它列出的变量对于每个线程是局部的。
2.shared子句表示它所列出的变量被线程组中所有的线程共享，所有线程都能对它进行读写访问。
3.threadprivate语句使一个全局文件作用域的变量在并行域内变成每个线程私有，每个线程对该变量复制一份私有拷贝并在多个并行域中保持。
3、简述openmp函数omp_set_num_threads，omp_get_num_threads，omp_get_thread_num的功能；环境变量OMP_NUM_THREADS的功能。
omp_set_num_threadsomp_get_num_threadsomp_get_thread_numOMP_NUM_THREADS：定义执行中最大的线程数4、简述MPI点对点通信与MPI集合通信的区别。
1）在通信子中的所有进程都必须调用相同的集合通信函数。
并行计算的参考题目
1、讨论某一种算法的可扩放性时，一般指什么？88答：讨论某一种算法的可扩放性时，实际上是指该算法针对某一特定机器结构的可扩放性2、使用“Do in Parallel”语句时，表示的是什么含义105答：表示算法的若干步要并行执行3、并行计算机的存储访问类型有哪几种？26答：存储访问类型有：UMA（均匀存储访问）、NUMA（非均匀存储访问）、COMA（全高速缓存存储访问）、CC-NUMA（高速缓存一致性非均匀存储访问）、NORMAl（非远程存储访问）4、什么是同步？它有什么作用？如何实现？107答：同步是在时间上强使各执行进程在某一点必须相互等待。
作用：确保个处理器的正确工作顺序以及对共享可写数据的正确访问（互斥访问）。
实现方法：用软件、硬件和固件的方法实现。
5 在并行加速比的计算中，常用的三种加速比定律分别是哪三种？（P83）答：常用的三种加速比定律分别是：适用于固定计算负载的Amdahl定律，适用于可扩放问题的Gustafson定律和受限于存储器的Sun和Ni定律。
6、试比较Amdahl定律、Gustafson定律、Sun和Ni定律三种加速定律的应用场合。
83 答：Amdahl定律适用于固定计算负载的问题Gustafson定律适用于可扩放性问题Sun和Ni定律适用于受限于存储器的问题。
7.并行算法的基本设计技术有哪些？它们的基本思想是什么？139答：(1)基本技术有：划分设计技术(又分为均匀划分技术、方根划分技术、对数划分技术和功能划分技术)、分治设计技术、平衡树设计技术、倍增设计技术、流水线设计技术等。
(2)基本思想分别如下：a.划分设计技术：(P139) 将一原始问题分成若干部分，然后各部分由相应的处理器同时执行。
b.分治设计技术：(P144)将一个大二复杂的问题分解成若干特性相同的子问题分而治之。
若所得的子问题规模仍嫌过大，可反复使用分治策略，直至很容易求解诸子问题为止。
c.平衡树设计技术：(P149)将输入元素作为叶节点构筑一颗平衡二叉树，然后自叶向根往返遍历。
并行计算题目答案汇总
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。
并行计算试题
并⾏计算试题1、什么是SIMD （单指令多数据流）和MIMD （多指令多数据流），请给出图形描述，并说明适⽤于什么领域，分析其原因。
答：SIMD 是各个执⾏单元作⽤在不同的数据上，但执⾏相同的代码，单⼀控制部件向每个处理部件分派指令。
MIMD 是各个执⾏单元作⽤在不同的数据上，但执⾏不同的代码，计算机中的每个处理器都能独⽴于其他处理器执⾏不同的程序。
图形如下：SIMD 适⽤于⾼速向量或矩阵运算中，MIMD 适⽤于将⼀个复杂任务分解成多个简单任务，达到任务级的并⾏。
2、并⾏算法与串⾏算法的区别，并以稀疏矩阵和向量的乘法为例说明并⾏算法。
答：串⾏算法是单个处理器的运算，将计算任务按顺序⼀步⼀步执⾏；并⾏算法是将⼀个计算任务分摊到多个处理器上并同时运⾏的计算⽅法。
A= ??0031232200120a a a a B=C=A*B 设D1=a12*b1，D2=a22*b2，D3=a23*b3，D4=a31*b1,D5=D1 ,D6=D2+D3, D7=D4则C=,其中c1= D5，c2=D6，c= D7依赖图如下：交互图如下：其中：初始状态时，P1执⾏任务D1，P2执⾏任务D2，P3执⾏任务D3，P4执⾏任务D4，P3执⾏完后将结果传递给P2，P4执⾏完后将结果传递给P1，最后将P2计算的结果传递给P1，P1中存放向量c 的结果。
3、设计并⾏算法，以排序算法为例串⾏奇偶置换冒泡排序的并⾏化procedure ODD-EVEN_PAR(n)beginid:=processor’s labelfor i:=1 to n dobeginif i is odd thenif id is odd thencompare-exchange_min(id+1);elsecompare-exchange_max(id-1);if i is even thenif id is even thencompare-exchange_min(id+1);elsecompare-exchange_max(id-1);end forend ODD-EVEN4、MPI允许两种不同的传递操作：缓冲发送和阻塞发送，请分析⼀下两种⽅式的异同。
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2014年《并行计算系统》复习题
1.（15分）给出五种并行计算机体系结构的名称，并分别画出其典型结构。
①并行向量处理机（PVP）
②对称多机系统（SMP）
③大规模并行处理机（MPP）
④分布式共享存储器多机系统（DSM）
⑤工作站机群（COW）
2.（10分）给出五种典型的访存模型，并分别简要描述其特点。
①均匀访存模型（UMA）：
物理存储器被所有处理机均匀共享
所有处理机访存时间相同
适于通用的或分时的应用程序类型
②非均匀访存模型（NUMA）：
是所有处理机的本地存储器的集合
访问本地LM的访存时间较短
访问远程LM的访存时间较长
③Cache一致性非均匀访存模型（CC-NUMA）：
DSM结构
④全局Cache访存模型（COMA）：
是NUMA的一种特例，是采用各处理机的Cache组成的全局地址空间
远程Cache的访问是由Cache目录支持的
⑤非远程访存模型（NORMA）：
在分布式存储器多机系统中，如果所有存储器都是专用的，而且只能被本地存储机访问，则这种访问模型称为NORAM
绝大多数的NUMA支持NORAM
在DSM中，NORAM的特性被隐匿的
3. （15分）对于如下的静态互连网络，给出其网络直径、节点的度数、对剖宽度，说明该网络是否是一个对称网络。
网络直径：8
节点的度数：2
对剖宽度：2
该网络是一个对称网络
4. （15分）设一个计算任务，在一个处理机上执行需10个小时完成，其中可并行化的部分为9个小时，不可并行化的部分为1个小时。
问：
（1）该程序的串行比例因子是多少，并行比例因子是多少？
串行比例因子：1/10
并行比例因子:9/10
（2）如果有10个处理机并行执行该程序，可达到的加速比是多少？10/(9/10 + 1) = 5.263
（3）如果有20个处理机并行执行该程序，可达到的加速比是多少？10/(9/20 + 1)= 6.897
5.（15分）什么是并行计算系统的可扩放性？可放性包括哪些方面？可扩放性研究的目的是什么？
一个计算机系统（硬件、软件、算法、程序等）被称为可扩放的，是指其性能随处理机数目的增加而按比例提高。
例如，工作负载能力和加速比都可随处理机的数目的增加而增加。
可扩放性包括:
1.机器规模的可扩放性
系统性能是如何随着处理机数目的增加而改善的
2.问题规模的可扩放性
系统的性能是如何随着数据规模和负载规模的增加而改善
3.技术的可扩放性
系统的性能上如何随着技术的改变而改善
可扩放性研究的目的:
确定解决某类问题时何种并行算法与何种并行体系结构的组合，可以有效的利用大量的处理器；
对于运用于某种并行机上的某种算法，根据在小规模处理机的运行性能预测移植到大规模处理机上的运行性能;
对固定问题规模，确定最优处理机数和可获得的最大的加速比
6.（15分）给出五个基本的并行计算模型，并说明其各自的优缺点。
①PRAM：SIMD-SM
优点：
适于表示和分析并行计算的复杂性；
隐匿了并行计算机的大部底层细节（如通信、同步），从而易于使用。
缺点：
不适于MIMD计算机，存在存储器竞争和通信延迟问题。
②APRAM:MIMD-SM
优点：
保存了PRAM的简单性；
可编程性和可调试性（correctness）好；
易于进行程序复杂性分析。
缺点：
不适于具有分布式存储器的MIMD计算机。
③BSP：MIMD-DM
优点:
把计算和通信分割开来；
使用hashing自动进行存储器和通信管理；
提供了一个编程环境。
缺点：
显式的同步机制限制并行计算机数据的增加；
在一个Superstep中最多只能传递h各报文。
④LogP：MIMD-DM
优点：
可捕捉并行计算机的（同步）通信瓶颈（通过发送或接收L/g 个报文）；可隐匿拓扑结构，路由算法和网络协议的细节；
可用于共享变量，报文传递和数据并行处理等方案。
缺点：
受限于网络的通信能力（当进行处理机数量扩充时）；
难以计算同步开销和进行算法描述和设计。
⑤C3模型
考虑了一对一和一对多的通信方案细节；
反应了受拥塞影响的计算性能。
缺点：
模型的参数较复杂；
算法的设计与分析和计算机的结构状况有关。
7.（15分）说明并行算法的基本设计过程。
①划分（P）
目的
开发并行性的可行性
方法
数据分解+功能分解
规划
常用的数据，通信频率的进程分为一组
判据（Check list 的设计问题）
②通信（C）
目的
根据任务执行的需要交换数据后；协调任务的执行通信要求
在域分解中的确定通信要求
在功能分解时，容易确定通信需求
局部通信结构化静态同步
全局通信非结构化动态异步
判据（测试表的设计问题）
③组合（A）
目的
按性能要求和时间的代价来考察前两阶段的结果对小的任务进行必要的组合以减少通信开销和提交性能
需回答8个方面的问题
判据（测试表的设计问题）
④匹配（M）
目的
将每个任务分配到一个处理机上，降低通信开销和执行时间，提高处理机利用率
判据（涉及策略，方法和测试表设计等问题）。