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第1章　多核技术导论1

1.1　微处理器发展史1

1.1.1　计算机与微处理器1

1.1.2　4位、8位与16位微处理器2

1.1.3　32位微处理器3

1.2　并行计算机6

1.2.1　并行处理思想与弗林分类6

1.2.2　超级计算机7

1.3　超大规模集成电路与系统芯片发展8

1.3.1　超大规模集成电路技术8

1.3.2　系统芯片10

1.4　片上多核处理器架构12

1.4.1　多核芯片12

1.4.2　片上多核处理器体系结构13

1.4.3　典型多核芯片架构13

1.5　芯片组对多核的支持16

1.5.1 固件16

1.5.2　EFI对多核支持20

1.6　操作系统对多核处理器的支持方法22

1.6.1　调度与中断22

1.6.2　输入输出系统25

1.6.3　存储管理与文件系统26

1.6.4　虚拟化技术26

1.6.5　典型的支持多核的操作系统28

本章小结30

第2章　并行计算基础31

2.1　并行计算机体系结构31

2.1.1　多级存储体系结构32

2.1.2　并行计算机访存模型34

2.2　并行计算模型36

2.2.1　SIMD同步并行计算模型37

2.2.2　MIMD异步并行计算模型38

2.3　进程40

2.3.1　进程41

2.3.2　进程间通信41

2.3.3　影响通信系统性能的因素42

2.4　线程43

2.5　并行编程环境44

2.6　编程语言与编译器45

2.6.1 自动并行45

2.6.2 HPF：数据并行编程46

2.6.3　OpenMP：共享存储并行编程47

2.6.4　小结48

2.7　并行计算性能评测49

2.7.1　并行程序执行时间49

2.7.2　加速比性能定律50

2.7.3　并行程序性能评价方法52

2.7.4　程序性能优化54

2.8　常用并行数值算法59

2.8.1　并行矩阵乘法60

2.8.2　线性代数方程组并行求解方法63

2.8.3　快速傅里叶变换66

2.9　并行编译器69

2.9.1　流分析69

2.9.2 代码优化71

2.9.3　代码生成72

本章小结72

第3章　线程的基本概念73

3.1　多线程的概念73

3.2　用户级线程和内核级线程74

3.3　多线程的映射模型75

3.4　线程的生命周期76

3.5　多线程环境下的进程控制语义77

3.6　线程的同步78

3.6.1　互斥量79

3.6.2　信号量80

3.6.3　条件变量80

3.6.4　锁的粒度81

3.6.5　死锁、饿死与活锁82

本章小结82

第4章　Windows多线程编程及调优83

4.1　Windows线程库介绍83

4.2　使用Win32线程API84

4.2.1　线程创建84

4.2.2　线程管理86

4.2.3　线程终结87

4.2.4 Win32多线程的实现88

4.3　线程执行和资源存取89

4.3.1　Win32线程同步的实现89

4.3.2　MFC线程同步的实现101

4.3.3　.Net Framework线程同步的实现104

4.4　多线程调试与优化技术108

4.4.1　调试器中的数据109

4.4.2　跟踪点／断点109

4.4.3　线程命名112

4.4.4　调试多线程程序113

4.4.5　调试与优化工具115

本章小结117

第5章　Linux多线程编程118

5.1 POSIX线程库Pthreads介绍118

5.2　POSIX Pthreads库提供的基本线程的操作118

5.2.1　线程的创建118

5.2.2　线程的退出119

5.2.3　等待线程结束120

5.2.4　线程的分离120

5.2.5　获得当前线程标志121

5.2.6　使用Pthreads基本函数编写的一个程序121

5.3　线程的属性123

5.4　线程互斥和同步128

5.4.1 mutex128

5.4.2　条件变量131

5.4.3　线程的撤销136

5.4.4　POSIX　信号量141

5.4.5　线程和信号处理144

5.5　使用GDB调试线程以及线程的调优148

5.6　使用Pthreads库的综合例子152

本章小结158

第6章　OpenMP多线程编程及性能优化159

6.1　OpenMP编程简介159

6.1.1　OpenMP多线程编程发展概况159

6.1.2　OpenMP多线程编程基础160

6.1.3 使用Microsoft Visual Studio.Net 2005编写OpenMP程序163

6.1.4　小结167

6.2　OpenMP多线程应用程序编程技术168

6.2.1　循环并行化168

6.2.2　并行区域编程176

6.2.3　线程同步183

6.3　OpenMP多线程应用程序性能分析192

6.3.1　影响性能的主要因素192

6.3.2　OpenMP程序性能分析实例194

本章小结200

第7章　MPI编程及性能优化201

7.1 MPI简介201

7.1.1　MPI及其历史201

7.1.2　典型MPI实现简介202

7.1.3　MPI程序特点203

7.1.4　本章内容组织206

7.2　MPICH的安装和配置206

7.2.1　在Linux上安装和配置MPICH2207

7.2.2　在Windows上安装MPICH2211

7.3　MPI编程基础215

7.3.1　简单的MPI程序示例215

7.3.2　MPI程序的4个基本函数216

7.3.3　MPI的点对点通信217

7.3.4　消息管理7要素222

7.3.5　统计时间228

7.3.6　错误管理230

7.3.7　小结230

7.4　MPI群集通信230

7.4.1 同步231

7.4.2　广播231

7.4.3　聚集231

7.4.4　播撒232

7.4.5　扩展的聚集和播撒操作232

7.4.6　全局交换233

7.4.7　规约与扫描233

7.4.8　简单示例234

7.4.9　小结238

7.5　MPI性能分析与优化举例238

7.5.1　通信开销的测试238

7.5.2　选取计算粒度240

7.5.3　聚合消息241

7.5.4　解决负载均衡问题242

7.5.5　小结243

本章小结243

第8章　多核软件工具介绍245

8.1　C＋＋编译器245

8.1.1　编译器对多核的支持245

8.1.2　C＋＋编译器实验247

8.2　VTune性能分析器253

8.2.1　性能分析器功能与使用方法253

8.2.2　性能分析器实验258

8.3　MKL数学核心函数库260

8.3.1 MKL数学核心函数库功能与特性261

8.3.2　MKL数学核心函数库性能262

8.3.3　MKL数学核心函数库实验263

8.4　Thread Checker线程检查器265

8.4.1　线程检查器功能与使用265

8.4.2　线程检查器实验267

8.5　Thread Profiler线程档案器273

8.5.1　线程档案器的功能与使用273

8.5.2　线程档案器实验275

参考文献281