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並行程式

並行程式設計是一種程式設計技術,它能夠使程式同時執行兩個或以上的運算或邏輯操作,以提高計算機的運行速度和系統的處理能力。這種程式設計要求作業系統具備並發性和資源共享的能力。並行程式的設計旨在更全面地利用計算機資源,從而提高系統效率並減少開銷,如減少記憶體占用和處理時間。並行程式的計算基本單位是進程,且其設計模型包括共享存儲分布存儲訊息傳遞)、數據並行面向對象等。隨著多處理器多核處理器的出現,並行程式的設計和執行變得更加常見和重要。並行編程模型逐漸匯聚於三類標準模型:數據並行、訊息傳遞和共享變數。在實際的並行機上設計並行程式時,通常採用擴展Fortran和C語言的方法,例如通過引入新的庫函式(如MPI訊息傳遞庫)或新的語言結構來支持並行性和互動操作。

並行程式設計與串列程式設計不同,串列程式在整個運行期間只有一個調用棧和一個運行時上下文。並發是多執行緒程式的一種執行方式,邏輯上多個執行緒同時發生,但物理上由作業系統調度,CPU在某一時刻只執行一個執行緒的任務。而並行則是在物理上多個任務可以同時運行,特別是在多核處理器出現後,這一概念變得更加常見。並行的程式不一定是並發的,但並發的程式可以是並行的。並行編程的難點在於同時從巨觀和微觀兩種角度分析問題,並能靈活地在兩種角度之間切換。在多處理器環境中,計算機科學的基礎庫還沒有形成高度抽象,因此需要編程人員理解一定的底層系統結構細節和並行計算模型的能力及其局限。