CentOS上Fortran并行計算如何實現

在CentOS上實現Fortran并行計算主要有兩種方法：使用OpenMP進行多核并行計算，以及使用MPI進行分布式并行計算。以下是具體實現方式：

OpenMP

OpenMP是一種支持多平臺共享內存并行編程的API。通過使用OpenMP，可以在Fortran程序中方便地實現多核并行計算。以下是一個簡單的OpenMP示例：

program openmp_example
  use omp_lib
  implicit none
  integer :: i, n
  real, allocatable :: array(:), result(:)
  integer :: num_threads, thread_id

  n = 1000000
  allocate(array(n))
  allocate(result(n))

  ! 初始化數組
  array = 1.0

  ! 設置并行區域
  num_threads = omp_get_max_threads()
  print *, "Using", num_threads, "threads for parallel computation."

  !omp parallel do private(thread_id, i)
  do i = 1, n
    thread_id = omp_get_thread_num()
    result(i) = array(i) * 2.0
  end do
  !omp end parallel do

  ! 驗證結果
  if (all(result == 2.0)) then
    print *, "Parallel computation successful."
  else
    print *, "Error in parallel computation."
  end if

  deallocate(array)
  deallocate(result)
end program openmp_example

MPI

MPI（Message Passing Interface）是一種用于分布式內存系統并行計算的標準。以下是一個簡單的MPI示例：

program mpi_example
  use mpi
  implicit none
  integer :: ierr, rank, size, n, i
  real, allocatable :: array(:), local_sum, global_sum
  integer, parameter :: root = 0

  call MPI_Init(ierr)
  call MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, rank, ierr)
  call MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, size, ierr)

  n = 1000000 / size
  allocate(array(n))
  array = real(rank) * 1.0

  ! 每個進程計算部分和
  local_sum = 0.0
  do i = 1, n
    local_sum = local_sum + array(i)
  end do

  ! 所有部分和相加得到全局和
  call MPI_Reduce(local_sum, global_sum, 1, MPI_REAL, MPI_SUM, root, MPI_COMM_WORLD, ierr)

  if (rank == root) then
    print *, "Global sum:", global_sum
  end if

  deallocate(array)
  call MPI_Finalize(ierr)
end program mpi_example

編譯和運行

• 使用gfortran和ifort編譯器：

  • OpenMP示例：gfortran -fopenmp -o openmp_example openmp_example.f90
  • MPI示例：mpif90 -o mpi_example mpi_example.f90

• 運行命令：

  • OpenMP示例：./openmp_example
  • MPI示例：mpirun -np <core-count> ./mpi_example

通過上述方法，可以在CentOS上利用Fortran進行并行計算，從而提高計算效率和性能。