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2022-05-30
MPI简介
说到并行计算,我们有一个不可绕开的话题——MPI编程。MPI是一个跨语言的通讯协议,用于编写并行计算机。支持点对点和广播。MPI是一个信息传递应用程序接口,包括协议和和语义说明,他们指明其如何在各种实现中发挥其特性。MPI的目标是高性能,大规模性,和可移植性。MPI在今天仍为高性能计算的主要模型。与OpenMP并行程序不同,MPI是一种基于信息传递的并行编程技术。消息传递接口是一种编程接口标准,而不是一种具体的编程语言。简而言之,MPI标准定义了一组具有可移植性的编程接口。
笔者在上一篇文章《如何在win10+vs2013上配置MPI并行编程环境》中详细介绍了如何在win10环境下配置MPI环境,还没有配置编程环境的小伙伴建议查看这边文章,以便于以后的学习(毕竟并行机不是你想拥有就能拥有的)。
MPI基本函数
MPI调用借口的总数虽然庞大, 但根据实际编写MPI的经验, 常用的MPI调用的个数确什么有限。 下面是6个最基本的MPI函数。
1. MPI_Init(…);
2. MPI_Comm_size(…);
3. MPI_Comm_rank(…);
4. MPI_Send(…);
5. MPI_Recv(…);
6. MPI_Finalize();
我们在此通过一个简单的例子来说明这6个MPI函数的基本用处。
函数介绍
1. int MPI_Init (int* argc ,char** argv[] )
该函数通常应该是第一个被调用的MPI函数用于并行环境初始化,其后面的代码到 MPI_Finalize()函数之前的代码在每个进程中都会被执行一次。
– 除MPI_Initialized()外, 其余所有的MPI函数应该在其后被调用。
– MPI系统将通过argc,argv得到命令行参数(也就是说main函数必须带参数,否则会出错)。
2. int MPI_Finalize (void)
– 退出MPI系统, 所有进程正常退出都必须调用。 表明并行代码的结束,结束除主进程外其它进程。
– 串行代码仍可在主进程(rank = 0)上运行, 但不能再有MPI函数(包括MPI_Init())。
3. int MPI_Comm_size (MPI_Comm comm ,int* size )
– 获得进程个数 size。
– 指定一个通信子,也指定了一组共享该空间的进程, 这些进程组成该通信子的group(组)。
– 获得通信子comm中规定的group包含的进程的数量。
4. int MPI_Comm_rank (MPI_Comm comm ,int* rank)
– 得到本进程在通信空间中的rank值,即在组中的逻辑编号(该 rank值为0到p-1间的整数,相当于进程的ID。)
5. int MPI_Send( void *buff, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm)
–void *buff:你要发送的变量。
–int count:你发送的消息的个数(注意:不是长度,例如你要发送一个int整数,这里就填写1,如要是发送“hello”字符串,这里就填写6(C语言中字符串未有一个结束符,需要多一位))。
–MPI_Datatype datatype:你要发送的数据类型,这里需要用MPI定义的数据类型,可在网上找到,在此不再罗列。
–int dest:目的地进程号,你要发送给哪个进程,就填写目的进程的进程号。
–int tag:消息标签,接收方需要有相同的消息标签才能接收该消息。
–MPI_Comm comm:通讯域。表示你要向哪个组发送消息。
参数说明
6. int MPI_Recv( void *buff, int count, MPI_Datatype datatype, int source, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Status *status)
–void *buff:你接收到的消息要保存到哪个变量里。
–int count:你接收消息的消息的个数(注意:不是长度,例如你要发送一个int整数,这里就填写1,如要是发送“hello”字符串,这里就填写6(C语言中字符串未有一个结束符,需要多一位))。它是接收数据长度的上界. 具体接收到的数据长度可通过调用MPI_Get_count 函数得到。
–MPI_Datatype datatype:你要接收的数据类型,这里需要用MPI定义的数据类型,可在网上找到,在此不再罗列。
–int dest:接收端进程号,你要需要哪个进程接收消息就填写接收进程的进程号。
–int tag:消息标签,需要与发送方的tag值相同的消息标签才能接收该消息。
–MPI_Comm comm:通讯域。
–MPI_Status *status:消息状态。接收函数返回时,将在这个参数指示的变量中存放实际接收消息的状态信息,包括消息的源进程标识,消息标签,包含的数据项个数等。
示例
基本函数都已经介绍完,现在我们来用一个示例来加强对这些基本函数的理解。
#include
运行结果如下图所示
执行结果
可以看到,当笔者开启四线程运行时,1-3号进程发送消息,0号进程接收到消息并打印;当笔者开启八线程运行时,1-7号进程发送消息,0号进程接收到消息并打印。
消息发送示意
消息发送与接收函数的参数的一些重要说明。
1.MPI标识一条消息的信息包含四个域:
– 源:发送进程隐式确定,进程rank值唯一标识.
– 目的:Send函数参数确定.
– Tag:Send函数参数确定, (0,UB) 232-1.
– 通信子:缺省MPI_COMM_WORLD
• Group:有限/N, 有序/Rank [0,1,2,…N-1]
• Contex:Super_tag,用于标识该通讯空间.
2. buffer的使用
buffer必须至少可以容纳count个由datatype指明类型的数据. 如果接收buf太小, 将导致溢出、 出错
3. 消息匹配
– 参数匹配source,tag,comm/dest,tag,comm.
– Source == MPI_ANY_SOURCE: 接收任意处理器来的数据(任意消息来源).
– Tag == MPI_ANY_TAG: 匹配任意tag值的消息(任意tag消息).
4. 在阻塞式消息传送中不允许Source == dest,否则会导致死锁.
5. 消息传送被限制在同一个通信域内。
6. 在send函数中必须指定唯一的接收者。
任务调度
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