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Verteilte Programmierung und numerische Algorithmen

Veranstalter:  Prof. Dr. Peter Buchholz

Die Vorlesung führt in die Grundlagen der parallelen Programmierung ein. Dazu wird nach einem kurzen Einführungskapite ein Überblick über parallele Rechnerarchitekturkonzepte und den aus den Konzepten resultierenden Konsequenzen für die parallele Porgrammierung gegeben. .Anschließend beschäftigen wir uns mit theoretischen Konzepten zur Realisierung und Bewertung paralleler Programme. Im darauf folgenden Kapitel werden numerische Algorithmen aus unterschiedlichen Bereichen vorgestellt und die Möglichkeiten der Parallelisierung dieser Algorithmen wird erläutert. Der zweite Teil der Vorlesung widmet sich konkreten Programmierkonzepten und -bibliotheken zur Realisierung paralleler Software. Dazu werden der Standard MPI zur  so genannten Message-Passing-Programmierung, sowie Pthreads und OpenMP zur Thread-Programmierung vorgestellt. Ferner wird ein kurzer Überblick über CUDA zur Programmierung von GPUs gegeben. Auch wenn Anbindungen der genannten Programmierumgebungen an unterschiedliche Programmiersprachen existieren, sind die Sprachen C und C++ doch die am weitesten verbreiteten Sprachen zur Realisierung paralleler Programme. Die Vorlesung nutzt deshalb C und C++ als Basissprachen und stellt die konkreten Algorithmen in diesen Sprachen vor. Grundkenntnisse in C und/oder C++ werden deshalb vorausgesetzt oder müssen vor Beginn des praktischen Teils der Vorlesung erworben werden.

  1. Einführung Folien
  2. Parallele Rechnerarchitekturen Folien
  3. Parallele Programmiermodelle Folien
  4. Message-Passing-Programmierung mit MPI Folien
  5. Thread-Programmierung mit Pthreads Folien
  6. Beispiele paralleler Algorithmen Folien 

Die Vorlesung basiert im Wesentlichen auf dem folgenden Buch

  • T. Rauber, G. Rünger. Parallele Programmierung. Springer 3. Aufl. 2012

Das Buch ist als eBook in der TU-Bibliothek frei verfügbar.

Weitere relevante Bücher

  • P. Pacheco. An Introduction to Parallel Programming. Morgan Kaufman 2011.
  • D. P. Bertsekas, J. N. Tsitsiklis. Parallel and Distributed Computation - Numerical Methods. Prentice Hall 1989.

Web-Seiten zur den verwendeten Programmierbibliotheken

  1. Blatt 1 (Verbindungsnetzwerke, Einbettungen) Blatt 1  
  2. Blatt 2 (Verbindungsnetzwerke, Routing) Blatt 2  
  3. Blatt 3 (Caches) Blatt 3 
  4. Blatt 4 (Paralelitätskonzepte) Blatt 4 
  5. Blatt 5 (Parallele Vektor-Matrix-Algorithmen) Blatt 5 
  6. Blatt 6 (Kommunikationsoperationen) Blatt 6 
  7. Blatt 7 (MPI) Blatt 7 
  8. Blatt 8 (MPI, Pthreads) Blatt 8 
  9. Blatt 9 (Pthreads, OpenMP) Blatt 9 

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Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 15- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.