Паралельні обчислення з використанням MPI
Контрольная работа - Компьютеры, программирование
Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование
отні підпрограм. Ми будемо розглядати реалізацію MPICH.NT 1.2.4 для Windows NT.
3. MPI у прикладах
3.1 Найпростіша MPI-програма
Ми почнемо наше знайомство з MPI з вивчення найпростішої програми:
===== Example1.cpp =====
#include // очевидно;)
#include
int main(int argc, char* argv[])
{
int myrank, size;
MPI_Init(&argc,&argv); // Ініціалізація MPI
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&size); // Розмір комунікатора
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&myrank); // Одержуємо наш номер
printf("Proc %d of %d\n",myrank,size);
MPI_Finalize(); // Фіналізація MPI
puts ("Done.");
return 0;
}
===== Example1.cpp =====
Перед викликом будь-якої процедури MPI, потрібно викликати ініціалізацію MPI_Init, перед цим викликом може знаходитися тільки виклик MPI_Initialized, призначення якого очевидно. MPI_Init крім усього іншого створює глобальний комунікатор MPI_COMM_WORLD, через которий буде проходити обмін повідомленнями. Область взаємодії комунікатора MPI_COMM_WORLD усі процеси даної програми. Якщо є необхідність у розбивці області взаємодії на більш дрібні сегменти (частково-широкомовні розсилання), використовуються виклики MPI_Comm_dup/create/split/etc (тут не розглядаються). Розмір комунікатора, одержуваний викликом MPI_Comm_size число процесів у ньому. Розмір комунікатора MPI_COMM_WORLD загальне число процесів. Кожен процес має свій унікальний (у рамках комунікатора!) номер ранг. Ранги процесів у контекстах різних комунікаторів можуть розрізнятися. Після виконання всіх обмінів повідомленнями в програмі повинний розташовуватися виклик MPI_Finalize() процедура видаляє всі структури даних MPI і робить інші необхідні дії. Програміст повинний сам подбати про те, щоб до моменту виклику MPI_Finalize усі пересилання даних були довершені. Після виконання MPI_Finalize виклик будь-яких, крім MPI_Initialized, процедур (навіть MPI_Init!) неможливий. MPI_Initialized у даному випадку буде показувати, визивал-ли процес MPI_Init. Отже, уже стало ясно, що наша програма виводить повідомлення від усіх породжених нею процесів. Приклад висновку (порядок повідомлень, що надходять від процесів, може і буде мінятися) приведений нижче (np - кількість процесів):
Example1 output (np = 3):
Proc 1 of 3
Done.
Proc 0 of 3
Done.
Proc 2 of 3
Done.
Зверніть увагу, що після виклику MPI_Finalize() паралелізм не закінчується “Done” виводиться кожним процесом.
Вправа 1: У принципі, такого обєму вже досить, щоб писати програми в моделі паралелізму даних напишіть який-небудь приклад.
3.2 Обмін повідомленнями
У MPI існує величезна множина процедур обміну повідомленнями. Вони можуть використовуватися, як для посилки керуючих сигналів, так і для передачі даних (ці випадки будуть розглянуті в прикладах 3 і 4). Два основних види обміну: двухточений і глобальний. Останній буде описаний пізніше.
З погляду програміста, двохточковий обмін виконується в такий спосіб: для пересилання повідомлення процес-джерело викликає підпрограму передачі, при звертанні до якої вказується ранг процесу-одержувача (адресата) у відповідній області взаємодії. Остання задається своїм комунікатором, звичайно це MPI_COMM_WORLD. Процес-одержувач, для того, щоб одержати спрямоване йому повідомлення, викликає підпрограму прийому, указавши при цьому ранг джерела.
Нагадаємо, що MPI гарантує виконання деяких властивостей двохточкового обміну, таких як збереження порядку повідомлень, і гарантоване виконання обміну. Якщо один процес посилає повідомлення, а іншої - запит на його прийом, то або передача, або прийом будуть вважатися виконаними. При цьому можливі три сценарії обміну:
другий процес одержує від першого адресоване йому повідомлення;
відправлене повідомлення може бути отримано третім процесом, при цьому фактично виконана буде передача повідомлення, а не його прийом (повідомлення пройшло повз адресата);
другий процес одержує повідомлення від третього, тоді передача не може вважатися виконаної, тому що адресат одержав не те "лист".
У двохточковом обміні слід дотримуватися правила відповідності типів переданих і прийнятих даних. Це утрудняє обмін повідомленнями між програмами, написаними на різних мовах програмування.
Існують чотири різновиди крапкового обміну: синхронний, асинхронний, блокуючий і неблокуючий. У MPI маються також чотири режими обміну, що розрізняються умовами ініціалізації і завершення передачі повідомлення:
стандартна передача вважається виконаною і завершується, як тільки повідомлення відправлене, незалежно від того, дійшло воно до чи адресата ні. У стандартному режимі передача повідомлення може починатися, навіть якщо ще не початий його прийом;
синхронна передача відрізняється від стандартної тим, що вона не завершується доти, поки не буде довершений прийом повідомлення. Адресат, одержавши повідомлення, посилає процесу, що відправив його, повідомлення, що повинне бути отримане відправником для того, щоб обмін вважався виконаним. Операцію передачі повідомлення іноді називають "рукостисканням";
буферизована передача завершується відразу ж, повідомлення копіюється в системний буфер, де й очікує своєї черги на пересилання. Завершується буферизованна передача незалежно від того, виконаний прийом чи повідомлення ні;
передача "по готовності" починається тільки в тому випадку, коли адресат ініціалізував прийом повідомлення, а завершується відразу, незалежно від того, прийняте чи повідомлення ні.
Кожний з цих чотирьох режимів існує як у що блокуючий, так і в неблокуючій формах. При формі прийому, що блокуючий,/передачі виконання пр