Стандарт MPI

ЛЕКЦИЯ 14.

Наиболее распространенной библиотекой параллельного программирования в модели передачи сообщений является MPI (Message Passing Interface). Рекомендуемой бесплатной реализацией MPI является пакет MPICH, разработанный в Аргоннской национальной лаборатории.

MPI является библиотекой функций межпроцессорного обмена сообще-

ниями и содержит около 300 функций, которые делятся на следующие классы:

операции точка-точка, операции коллективного обмена, топологические опера-

ции, системные и вспомогательные операции. Поскольку MPI является стан-

дартизованной библиотекой функций, то написанная с применением MPI про-

грамма без переделок выполняется на различных параллельных ЭВМ. Принци-

пиально для написания подавляющего большинства программ достаточно не-

скольких функций, которые приведены ниже.

Функция MPI_Send является операцией точка-точка и используется для посылки данных в конкретный процесс.

Функция MPI_Recv также является точечной операцией и используется для приема данных от конкретного процесса.

Для рассылки одинаковых данных всем другим процессам используется коллективная операция MPI_BCAST, которую выполняют все процессы, как посылающий, так и принимающие.

Функция коллективного обмена MPI_REDUCE объединяет элементы входного буфера каждого процесса в группе, используя операцию op, и возвращает объединенное значение в выходной буфер процесса с номером root.

MPI_Send(address, сount, datatype, destination, tag, comm),

аddress – адрес посылаемых данных в буфере отправителя

сount – длина сообщения

datatype – тип посылаемых данных

destination – имя процесса-получателя

tag – для вспомогательной информации

comm – имя коммуникатора

MPI_Recv(address, count, datatype, source, tag, comm, status)

address – адрес получаемых данных в буфере получателя

count– длина сообщения

datatype– тип получаемых данных

source – имя посылающего процесса процесса

tag -для вспомогательной информации

comm– имя коммуникатора

status -для вспомогательной информации

MPI_BCAST (address, сount, datatype, root, comm)

root – номер рассылающего (корневого)процесса

MPI_REDUCE(sendbuf, recvbuf, count, datatype, op, root, comm)

sendbuf -адрес посылающего буфера

recvbuf -адрес принимающего буфера

count -количество элементов в посылающем буфере

datatype – тип данных

op -операция редукции

root -номер главного процесса

Кроме этого, используется несколько организующих функций.

MPI_INIT ()

MPI_COMM_SIZE (MPI_COMM_WORLD, numprocs)

MPI_COMM_RANK (MPI_COMM_WORLD, myid)

MPI_FINALIZE ()

Обращение к MPI_INIT присутствует в каждой MPI программе и должно

быть первым MPI – обращением. При этом в каждом выполнении программы

может выполняться только один вызов После выполнения этого оператора все

процессы параллельной программы выполняются параллельно. MPI_INIT.

MPI_COMM_WORLD является начальным (и в большинстве случаев единственным) коммуникатором и определяет коммуникационный контекст и связанную группу процессов.

Обращение MPI_COMM_SIZE возвращает число процессов numprocs, запущенных в этой программе пользователем.

Вызывая MPI_COMM_RANK, каждый процесс определяет свой номер в группе процессов с некоторым именем.

Строка MPI_FINALIZE () должно быть выполнена каждым процессом программы. Вследствие этого никакие MPI – операторы больше выполняться не будут. Перемсенная COM_WORLD определяет перечень процессов, назначенных для выполнения программы.

MPI программа для вычисления числа π на языке С.

Для первой параллельной программы удобна программа вычисления числа π, поскольку в ней нет загрузки данных и легко проверить ответ. Вычисления сводятся к вычислению интеграла по следующей формуле:

где xi = (i- 1/2 ) / n. Программа:

#include "mpi.h"

#include <math.h>

int main (int argc, char *argv[])

{

int n, myid, numprocs, i; /* число ординат, имя и число процессов*/

double PI25DT = 3.141592653589793238462643; /* используется для оценки

точности вычислений */

double mypi, pi, h, sum, x; /* mypi – частное значение π отдельного процесса, pi –

полное значение π */

MPI_Init(&argc, &argv); /* задаются системой*/

MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &numprocs);

MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&myid);

while (1)

{

if (myid == 0) {

printf ("Enter the number of intervals: (0 quits) "); /*ввод числа ординат*/

scanf ("%d", &n);

}

MPI_Bcast(&n, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);

if (n == 0) /* задание условия выхода из программы */

break;

else {

h = 1.0/ (double) n; /* вычисление частного значения π некоторого процесса */

sum = 0.0;

for (i = myid +1; i <= n; i+= numprocs) {

x = h * ((double)i - 0.5);

sum += (4.0 / (1.0 + x*x));

}

mypi = h * sum; /* вычисление частного значения π некоторого процесса */

MPI_Reduce(&mypi, &pi, 1, MPI_DOUBLE, MPI_SUM, 0,

MPI_COMM_WORLD); /* сборка полного значения π */

if (myid == 0) /* оценка погрешности вычислений */

printf ("pi is approximately %.16f. Error is

%.16f\n", pi, fabs(pi - PI25DT));

}

}

MPI_Finalize(); /* выход из MPI */

return 0;

}

Дата добавления: 2014-01-07