4415

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Платов А.Ю.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы)

для обучающихся по дисциплине «Параллельное программирование» по направлению подготовки 09.03.03 Прикладная информатика направленность (профиль) Прикладная информатика в экономике

Нижний Новгород

2022

УДК 004.9

Платов А.Ю. / Параллельное программирование: учебно-методическое пособие / А.Ю. Платов; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 14 с.– Текст: электронный.

В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Параллельное программирование» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций, в подготовке к практическим занятиям.

Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Параллельное программирование» по направлению подготовки 09.03.03 Прикладная информатика, направленность (профиль) Прикладная информатика в экономике.

© А.Ю. Платов, 2022

© ННГАСУ, 2022

2

Оглавление

3

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Основными целями освоения учебной дисциплины «Параллельное программирование» является достижение результатов обучения, предусмотренных установленным в ОПОП индикаторами достижения компетенций. В процессе освоения дисциплины студент должен

Знать:

основные принципы, приемы и технологии параллельного программирование,

основные команды и функции языка MPI, системные средства и средства библиотеки

thread.

Уметь:

использовать методы параллельного программирования;

отлаживать параллельные программы.

Данная дисциплина позволит студентам не только систематизировать полученные теоретические знания, укрепить исследовательские навыки, но и даст возможность ориентироваться в новом предметном поле прикладной информатики.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

1. Общие понятия.

4

Архитектура процессоров. Средства повышения производительности оперативной памяти. Процессы, ресурсы, программы. Виды взаимодействия процессов.

2. Системные средства управления процессами.

Стандарты системы UNIX. Средства управления процессами UNIX. Синхронизация и взаимодействие процессов.

3. Потоковая модель вычислительных процессов.

Управление задачами. Синхронизация и взаимодействие задач.

4. Интерфейс MPI.

Устройство MPI-программы. Коммуникаторы и обмен сообщениями. Ввод-вывод в MPIпрограмме. Примеры решения задач.

5. Другие средства создания параллельных программ.

Стандарт OpenMPI. Программирование для кластерных систем. Написание параллельных программ на языке Fortran

1.3Вспомогательная литература для изучения дисциплины

1.Абрамян М. Э.. Практикум по параллельному программированию с использованием электронного задачника Programming Taskbook for MPI : учебное пособие. / Абрамян М. Э. ; Абрамян М. Э.. – Ростов-на-Дону : Южный федеральный университет, 2010. – 172 с. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/47085.html. – ISBN ISBN 978-5-9275-0778-8.

2.Савельев В. А.. Распараллеливание программ : Учебник. / Савельев В. А., Штейнберг Б. Я. ; Савельев В. А.. – Ростов-на-Дону : Южный федеральный университет, 2008. – 192 с. – URL:

5

URL: http://www.iprbookshop.ru/47109.html. – ISBN ISBN 978-5-9275-0547-0.

3. Федотов И. Е.. Приемы параллельного программирования : Учебное пособие. / Федотов И. Е. ; Федотов И. Е.. – Москва : Российский новый университет, 2009. – 184 с. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/21300.html. – ISBN ISBN 978-5-89789-048-4.

6

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — формирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным,

фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необходимых знаний и применения их на практике.

Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций,

предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме,

что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2 Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала.

Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к семинару, зачету,

экзамену.

Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.

В случае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает

7

в большинстве случаев неусвоенность материала дисциплины.

2.3Контрольные вопросы

1.Как связана архитектура процессоров и программирование паралельных программ

2.Перечислить средства управления процессами UNIX

3.Потоковая модель вычислительных процессов.

4.Что такое потоки и чем они отличаются от процессов.

5.Интерфейс MPI.

6.Особенности MPI-программирования.

7.Другие средства создания параллельных программ

8.Особенности библиотеки OpenMPI.

8

3. Методические указания по подготовке к практическим занятиям

3.1Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям

Входе подготовки к практическим занятиям необходимо изучать основную литературу, знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях: журналах, газетах и т.д. При этом необходимо учесть рекомендации преподавателя и требования учебной программы.

Всоответствии с этими рекомендациями и подготовкой полезно дорабатывать свои конспекты лекции, делая в нем соответствующие записи из литературы, рекомендованной преподавателем и предусмотренной учебной программой. Целесообразно также подготовить тезисы для возможного выступлений по всем учебным вопросам, выносимым на занятие.

При подготовке к практическим занятиям можно также подготовить краткие конспекты по вопросам темы. Очень эффективным приемом является составление схем и презентаций.

Готовясь к докладу или реферативному сообщению, желательно обращаться за методической помощью к преподавателю. Составить план-конспект своего выступления. Продумать примеры с целью обеспечения тесной связи изучаемой теории с реальной жизнью. Своевременное и качественное выполнение самостоятельной работы базируется на соблюдении настоящих рекомендаций и изучении рекомендованной литературы. Студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при написании курсовых и дипломных работ.

3.2Примеры задач для практических занятий

1.Вычислить интеграл на языке FORTRAN

2.Вычислить интеграл с помощью распараллеливания процессов.

3.Вычислить интеграл с помощью распараллеливания задач.

4.Вычислить произведение матриц с помощью распараллеливания процессов.

5.Вычислить произведение матриц с помощью распараллеливания задач.

6.Вычислить произведение матриц с помощью MPI.

7.Вычислить умножение матрицы на вектор на языке FORTRAN

8.Вычислить умножение матрицы на вектор c помощью распараллеливания процессов

9.Вычислить умножение матрицы на вектор с помощью распараллеливания задач.

10.Вычислить умножение матрицы на вектор с помощью MPI.

9

4. Методические указания по организации самостоятельной работы

4.1 Общие рекомендации для самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов является основным способом овладения учебным материалом в свободное от обязательных учебных занятий время.

Целями самостоятельной работы студентов являются:

-систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и умений студентов;

-углубление и расширение теоретических знаний;

-формирование умений использовать нормативную, правовую, справочную документацию и специальную литературу;

-развитие познавательных способностей и активности студентов:

-формирования самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации.

Запланированная в учебном плане самостоятельная работа студента рассматривается как связанная либо с конкретной темой изучаемой дисциплины, либо с подготовкой к курсовой, дипломной работе, а также к защите ВКР. В данном разделе рассматривается только самостоятельная работа первого вида.

Самостоятельная работа выполняется в два этапа: планирование и реализация.

Планирование самостоятельной работы включает:

-уяснение задания на самостоятельную работу;

-подбор рекомендованной литературы;

-составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.

Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе.

На втором этапе реализуется составленный план. Реализация включает в себя:

-изучение рекомендованной литературы;

-составление плана (конспекта) по изучаемому материалу (вопросу);

-взаимное обсуждение материала.

10