《并行程序设计》课程大纲。
本课程目标在于使学生了解并行计算的基本概念与原理，培养学生的并行思维，学会在多核多cpu硬件平台上编写简单的并行程序，并初步具备解决实际问题的能力。通过本课程的学习，学生应该能了解当前流行的并行计算机的体系结构，多核芯片以及异构多核芯片的演变过程；熟悉进程间通信的基本技术，包括管道、消息队列、信号量、共享内存；掌握线程的基本概念，线程安全性，线程的创建、终止、同步与控制；了解mpi并行程序结构，掌握mpi基本通信原语，包括点对点通信、集合通信；掌握几种重要的并行设计模式，包括数据并行、流水线并行、工作池模式和主从模式；掌握并行程序的性能分析方法。学完本课程，学生具备分析和解决易并行问题的能力，能够在一周时间内，编写并调试通过、能正确运行、具备可扩展性的、200行有效**以内的并行程序。
随着多核体系结构的出现和发展，使得并行计算科学的硬件基础设施发生了很大的变化，如果把并行硬件基础设施看成是“经济基础”，则其相应的上层并行软件就可以视为“上层建筑”。本课程的主要目的是让学生了解并行计算的概念和原理，学习并行编程技术，培养学生并行程序设计思维，使其能够在多核体系结构上进行高效的并行程序设计，以充分利用多核所提供的硬件并行性。
第1讲、 并行程序设计基础（2学时）
目标：要求学生了解并行的基本概念，学习并行程序设计的必要性；了解共享存储与分布式存储并行计算机架构；了解多核与异构多核处理器架构；并行计算的应用范围；并行计算技术概览。
主要内容：1.1 什么是并行计算。
1.2 为什么要学习并行程序设计。
1.3 并行与并发。
1.4 并行与分布式。
1.5 并行计算的应用。
1.6 并行层次与分类。
1.7 并行计算机架构及分类。
1.8 并行计算的发展趋势与挑战。
重点：并行计算的概念、多核处理器的特点、集群体系结构、并行计算机内存访问模型、并行的层次与分类。
难点：多核处理器的历史与架构、多进程、线程概念、操作系统对并行计算的支持、并行编程环境。
第2讲、 多进程程序设计（4个学时）
目标：要求学生了解多进程的概念与特点，熟悉多进程程序开发技术，了解进程间通信的必要性，熟悉常用的进程间通信技术。本章内容重在了解，不要求学生必须掌握。
主要内容：2.1 进程的基本概念与特点。
2.2 进程的控制。
2.3 信号。
2.4 进程间通信。
重点：多进程的概念与特点、多进程程序设计。
难点：管道、消息队列、信号量、记录锁。
第3讲、 多线程程序设计（6学时）
目标：要求学生掌握线程的概念，学会在linux平台下编写多线程程序；掌握线程的创建、终止、控制与同步；掌握线程的调试方法。
主要内容：3.1 线程基础。
3.2 线程的基本操作。
3.3 多线程的共享变量。
3.4 线程同步机制。
3.5 多线程信号处理。
3.6 并发常见问题。
重点：线程基础、线程的创建与终止、线程同步、线程安全性。
难点：线程同步、线程安全性。
第4讲、 mpi程序设计（4学时）
目标： 要求学生掌握mpi程序的结构，了解mpi的组和通信子的概念，掌握mpi常用通信原语。
主要内容：4.1 认识mpi
4.1.1 什么是mpi
4.1.2 为什么要用mpi
4.2 mpi编程基础。
4.3 mpi集合通信。
4.4 mpi与pthread混合编程。
重点：mpi的程序结构、点对点通信、集合通信。
难点：mpi的执行模型、集合通信、mpi与pthreads混合编程。
第5讲、 并行程序性能分析方法（4学时）
目标：要求学生能够了解影响并行程序性能的因素；掌握衡量并行程序优劣的指标，这些指标包括加速比、可扩展性、执行时间；掌握如何计算这些指标，并根据这些指标分析并行程序性能瓶颈。
主要内容：5.1 实例：通过性能分析改进程序性能。
5.2 并行程序性能度量。
5.3 影响并行程序性能的因素。
5.4 并行程序的可扩展性。
5.5 改进并行程序性能的几种策略。
重点：性能度量。
难点：影响并行程序性能的因素、性能优化方法。
第6讲、 并行算法设计与并行模式（4学时）
目标：要求学生了解并行算法设计的常用方法和常见的并行模式，并能用这些并行模式解决实际问题。
主要内容：6.1 并行算法设计基本方法。
6.2 常用的并行模式。
6.2.1 数据并行。
6.2.2 任务并行。
6.2.3 工作池模式。
6.2.4 主-从模式。
6.2.5 流水线模式（或生产者-消费者 ）
6.3 google的mapreduce编程框架。
重点：主-从模式，流水线模式。
难点：数据并行、任务并行、工作池模式。
并行程序设计基础。
知识点。并行计算概念。
并行计算机分类。
多核处理器架构。
并行层次与分类。
多进程编程与进程间通信。
知识点。多进程的创建。
管道。消息队列。
信号量。记录锁。
共享内存。信号处理
多线程编程。
知识点。线程基础。
线程的创建。
线程终止。线程互斥。
条件变量。读-写锁。
信号量。线程安全性。
线程设计技巧。
mpi编程。
知识点。mpi的特点。
mpi执行模型。
进程组。通信域。
点对点通信原语。
集合通信原语
并行程序性能分析方法。
知识点。影响并行程序性能的可能因素。
执行时间度量方法。
加速比度量方法。
可扩展性度量方法。
常用的性能优化方法。
并行模式。知识点。
数据并行。任务并行。
工作池模式。
主-从模式。
流水线模式
课程实验（一）
实验名称：多进程编程。
实验目的：通过实验使得学生了解多进程程序的设计方式，程序结构特点，父进程与子进程间的通信与控制技术。
实验内容：含2道编程题：1道简单编程题，1道难度较大的选作题。
课程实验（二）
实验名称：线程编程。
实验目的：通过实验使得学生能够正确理解线程的执行过程，线程的创建、中止、结束方法，能够掌握互斥、条件变量、信号量等线程间的同步技术，能够判断线程安全性引起的原因并加以解决。
实验内容：含1道编程题，大概需要200行左右的**，coursegrading系统自动评判提交的多线程并行程序。
课程实验（三）
实验名称：mpi编程。
实验目的：通过实验使得学生了解mpi的程序结构，了解执行模式，掌握基本的通信原语，对于拔尖学生，期望他们能够掌握多线程（或多进程）与mpi混合编程方法。
实验内容：含1道编程题，大概250行左右的**，coursegrading系统自动评判提交的mpi并行程序。
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