分布式計算課程報告

1、實驗環(huán)境:Win7或者Win XP都可以，但是要安裝VS2008以上版本。因 為要實現(xiàn)分布式，形成多線程，電腦至少是雙核系統(tǒng)。本次試驗用的 編程語言是C#，主要用的是OpenMp實現(xiàn)多核開發(fā)技術(shù)。OpenMp簡單介紹:OpenMP起源于ANSIX3H5標準，它具有簡單、移植性好和可 擴展等優(yōu)點，是共享存儲系統(tǒng)編程的一個工業(yè)標準。OpenMP使用 Fork-Join并行執(zhí)行模型。支持增量并行化 (IncrementalParallelization)。實際上 OpenMP 并不是一門新的 語言，它是對基本語言(如Fortan77、Fortan90、C、C+等)的 擴展OpenMP規(guī)范中定義的編譯

2、制導(CompilerDirective)、運 行 庫(RuntimeLibrary)和環(huán)境變量(EnvironmentVariables)，能夠使 用戶在保證程序的可移植性的前提下，按照標準將已有的串行程序 逐步并行化。制導指令是對程序設(shè)計語言的擴展，進一步提供了對并行區(qū)域、工作 共享、同步構(gòu)造的支持，并且支持數(shù)據(jù)的共享和私有化。這樣，用戶 對串行程序添加制導指令的過程，就類似于進行顯式并行程序設(shè)計。 運行庫和環(huán)境變量，使得用戶可以調(diào)整并行程序的執(zhí)行環(huán)境。OpenMP的提出，是希望遵循該并行編程模型的并行程序，可以在 不同的產(chǎn)商提供的共享存儲體系結(jié)構(gòu)間比較容易地移植。實際上，已 經(jīng)有許多硬件

3、和軟件供應商提供支持OepnMP的編譯器，如DEC、 Intel、IBM、HP、Sun、SGI、及 U.S.DOEASCIprogram 等，并 且包括了 Linux,UNIX和Windows等多種操作系統(tǒng)平臺。目前， Fortran77、Fortran90、C、C+語言的實現(xiàn)規(guī)范已經(jīng)完成。OpenMp并行編程模型：首先，OpenMP是基于線程的并行編程模型 (ProgrammingModel)，個共享存儲的進程由多個線程組成， OpenMP就是基于已有線程的共享編程范例；其次,OpenMP是一 個外部的編程模型，而不是自動編程模型，它能夠使程序員完全控制 并行化，OpenMP使用Fork-J

4、oin并行執(zhí)行模型。所有的OpenMP 程序開始于一個單獨的主線程(MasterThread )。主線程會一直串 行的執(zhí)行，直到遇見第一個并行域(ParallelRegion)才開始并行執(zhí)行。 接下來的過程如下：Fork:主線程創(chuàng)建一隊并行的線程，然后，并行域中的代碼在不同 的線程隊中并行執(zhí)行；Join:當主線程在并行域中執(zhí)行完之后，它們或被同步或被中斷，最 后只有主線程在執(zhí)行。實際上，所有OpenMP的并行化，都是通過使用嵌入到C/C+或 Fortran源代碼中的編譯制導語句來達到的。并且，一個OpenMP 應用編程接口 (API)的并行結(jié)構(gòu)可以嵌入到別的并行結(jié)構(gòu)中去。應用編程接口還可以隨著

5、不同并行域的需要動態(tài)地改變線程數(shù)實驗內(nèi)容介紹：通過三種不同的方法來求取圓周率n，每種方法都運用串行和并行 來求取n值，并經(jīng)過多次測試，求得串行和并行的時間t1，t2，計算 加速比t1/t2，最后通過求出n值的平均值可以知道那種方法最好， 也明顯能從中看出并行效率比串行效率好。當然有可能在計算過程中 由于給出的點數(shù)太少或者其它個別原因造成出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤或者誤差 較大時，可以把這些數(shù)據(jù)排除。實驗一、蒙特卡洛法求圓周率利用單位圓與邊長為1的正方形面積之比來計算冗的近似值。具體j.K.GC.40.21.基本思想思想如下:如圖1所示，單位圓的1/4為一個扇形G，,它是邊長為1的正方形I) 0.2n.40.

6、6(L$： I的一部分?？紤]扇形面積在正方形面積中所占的比例|，得出其結(jié)果n/4，然后再乘以4就可以得到n的值。這里如何計算比例K，運用蒙特卡洛方法的隨機投點思想。在正 方形中隨機投入很多點，使所投點落入在正方形中每一個位置的機會 均等，然后考察有多少點落入扇形區(qū)域內(nèi)。其中落在扇形內(nèi)點的個數(shù) m與投點總數(shù)n之比就是k的近似值。2運行結(jié)果本次試驗測試投點總數(shù)為10000000具體運行結(jié)果如下表所示。串行n值并行n值串行時間并行時間加速比3.1409323.0451269305301.7547173.1409323.0370578915241.7003823.1409323.00769491555

7、31.6546113.1409323.0811979697051.3744683.1409323.0373449056041.498344見附錄1實驗二、擬蒙特卡洛法求圓周率1.基本思想利用單位圓與邊長為1的正方形面積之比來計算冗的近似值。具體 思想如下：如圖1所示，單位圓的1/4為一個扇形G，它是邊長為1的正方形的一部分?？紤]扇形面積在正方形面 積中所占的比例k，得出其結(jié)果n/4然后再乘以4就可以得到n的值。和蒙特卡洛方法類似。如圖1，把x軸，y軸，01等分成1000 份。1001*1001個點，統(tǒng)計落入1/4圓中的點數(shù)，然后再除以 1001*1001，再乘以4就是冗的值。2.運行結(jié)果串行n

8、值并行n值串行時間并行時間加速比3.13923832307693.13923835000003.1392383.1392383381.8333333.13923835500003.1392383888889見附錄2實驗三、積分法求圓周1 .基本思想利用n =，求出y=_ , x=0 , x=1, y=0圍成封閉區(qū)域0 1+x21+x2的面積就是n的值。2.運行結(jié)果串行n值并行n值串行時間并行時間加速比3.1416233.141623851.6000003.1416233.141623942.

9、2500003.1416233.141623741.7500003.1416233.141623951.8000003.1416233.141623842.0000003.源代碼見附錄3實驗結(jié)果分析當然我們這里只比較串行運行的結(jié)果。實驗一的n值平均值為：3.140932實驗二的冗值平均值為：3.139238實驗三的n值平均值為：3.1416通過對以上三種方法的比較，可以發(fā)現(xiàn)，積分法求得的n值更為 準確，速度也更快。int_tmain(intargc, _TCHAR* argv)DWORDstartTime,endTime,startTime1,endTime1;longarcNum=0,arc

10、Num1=0;longdoublePAI,time,PAI1,time1;longdoubleradio;startTime=timeGetTime();for(inti=0;i10000000;i+)doublex=( longdouble)rand()/(longdouble)RAND_MAX;doubley=( longdouble)rand()/(longdouble)RAND_MAX;if(x*x+y*y) = 1)arcNum + +;PAI=( longdouble)arcNum/10000000)*4;endTime=timeGetTime();time=endTime-sta

11、rtTime;printf( PAI=%f,time=%fn” ,PAI,time);startTime1=timeGetTime();#pragmaompparallel forfor(inti=0;i10000000;i+)doublex=( longdouble)rand()/(longdouble)RAND_MAX;doubley=( longdouble)rand()/(longdouble)RAND_MAX;if(x*x+y*y) = 1)arcNum1+;PAI1=( longdouble)arcNum1/10000000)*4;endTime1=timeGetTime();ti

12、me1=endTime1-startTime1;printf(PAI=%f,time=%fn ,PAI1,time1);radio=time/time1;printf(radio=%f” ,radio);getchar();return0;int_tmain(intargc, _TCHAR* argv)DWORDstartTime,endTime,startTime1,endTime1;longcout=0;charch64;longcout1=0;charch164;longcout2=0;longdoublePAI,time,PAI1,time1;longdoubleradio;start

13、Time=timeGetTime();for(inti=0;i = 1000;i+)for(intj=0;j = 1000;j+)doublex=( longdouble)i)/1000;doubley=( longdouble)j)/1000;if(x*x+y*y)1)cout+;PAI=( longdouble)cout/(1001*1001)*4;endTime=timeGetTime();time=endTime-startTime;printf(cout=%ld,PAI=%f,time=%fn ,cout,PAI,time)startTime1=timeGetTime();#prag

14、maompparallelsections#pragmaompsectionfor(inti=0;i500;i+)for(intj=0;j = 1000;j+)doublex=( longdouble)i)/1000;doubley=( longdouble)j)/1000;if(x*x+y*y)1)cout1+;#pragmaompsectionfor(inti=500;i = 1000;i+)for(intj=0;j = 1000;j+)doublex=( longdouble)i)/1000;doubley=( longdouble)j)/1000;if(x*x+y*y)1)cout2+

15、;PAI1=( longdouble)(cout1+cout2)/(1001*1001)*4;endTime1=timeGetTime();time1=endTime1-startTime1;printf(cout1=%ld,cout2=%ld,PAI1=%f,time1=%fn ,cout1,cout2,PAI1,time1);radio=time/time1;printf(radio=%f” ,radio);getchar();return0;int_tmain(intargc, _TCHAR* argv)DWORDstartTime,endTime;longdoublePAI=0,tim

16、e;longdoubleradio;startTime=timeGetTime();for(inti=0;i = 10000;i+)longdoublex=( longdouble)i/10000;longdoubley=4.0/(1+x*x);longdoublex0=( longdouble)1/10000;PAI+=x0*y;endTime=timeGetTime();time=endTime-startTime;printf( PAI=%f,time=%fn ,PAI,time);DWORDstartTime1,endTime1;longdoublePAI1=0,time1;startTime1=timeGetTime();#pragmaompparallel forfor(inti=0;i = 1