Введение в параллельные вычисления. Технология программирования MPI (день второй) Антонов Александр Сергеевич, к.ф.-м.н., н.с. лаборатории Параллельных информационных технологий НИВЦ МГУ

MPI MPI - Message Passing Interface, интерфейс передачи сообщений. Стандарт MPI 1.1. Более 120 функций. SPMD-модель параллельного программирования.

MPI Префикс MPI_. include mpif.h ( mpi.h для языка Си) Процессы, посылка сообщений. Группы процессов, коммуникаторы. MPI_COMM_WORLD

MPI Каждый процесс может одновременно входить в разные коммуникаторы. Два основных атрибута процесса: коммуникатор (группа) и номер процесса в коммуникаторе (группе). Если группа содержит n процессов, то номер любого процесса в данной группе лежит в пределах от 0 до n – 1.

MPI Сообщение набор данных некоторого типа. Атрибуты сообщения: номер процесса- отправителя, номер процесса-получателя, идентификатор сообщения и др. Идентификатор сообщения - целое неотрицательное число в диапазоне от 0 до Для работы с атрибутами сообщений введен массив MPI_STATUS.

MPI В последнем аргументе (в Си – возвращаемое значение функции) большинство функций MPI возвращают информацию об успешности завершения. В случае успешного выполнения функция вернет значение MPI_SUCCESS, иначе код ошибки. Предопределенные значения, соответствующие различным ошибочным ситуациям, определены в файле mpif.h

MPI MPI_INIT(IERR) INTEGER IERR Инициализация параллельной части программы. Все другие функции MPI могут быть вызваны только после вызова MPI_INIT. Инициализация параллельной части для каждого приложения должна выполняться только один раз.

MPI MPI_FINALIZE(IERR) INTEGER IERR Завершение параллельной части приложения. Все последующие обращения к любым MPI-функциям, в том числе к MPI_INIT, запрещены. К моменту вызова MPI_FINALIZE каждым процессом программы все действия, требующие его участия в обмене сообщениями, должны быть завершены.

MPI Общая схема MPI-программы: PROGRAM EXAMPLE INCLUDE mpif.h INTEGER IERR … CALL MPI_INIT(IERR) … CALL MPI_FINALIZE(IERR) … END

MPI MPI_INITIALIZED(FLAG, IERR) LOGICAL FLAG INTEGER IERR В аргументе FLAG возвращает.TRUE., если вызвана из параллельной части приложения, и.FALSE. в противном случае. Единственная MPI-функция, которую можно вызвать до вызова MPI_INIT.

MPI MPI_COMM_SIZE(COMM, SIZE, IERR) INTEGER COMM, SIZE, IERR В аргументе SIZE возвращает число параллельных процессов в коммуникаторе COMM.

MPI MPI_COMM_RANK(COMM, RANK, IERR) INTEGER COMM, RANK, IERR В аргументе RANK возвращает номер процесса в коммуникаторе COMM в диапазоне от 0 до SIZE-1.

MPI DOUBLE PRECISION MPI_WTIME(IERR) INTEGER IERR Функция возвращает для каждого вызвавшего процесса астрономическое время в секундах (вещественное число), прошедшее с некоторого момента в прошлом. Момент времени, используемый в качестве точки отсчета, не будет изменен за время существования процесса.

MPI DOUBLE PRECISION MPI_WTICK(IERR) INTEGER IERR Функция возвращает разрешение таймера в секундах.

MPI PROGRAM EXAMPLE INCLUDE mpif.h INTEGER IERR, SIZE, RANK CALL MPI_INIT(IERR) CALL MPI_COMM_SIZE(MPI_COMM_WORLD, SIZE, & IERR) CALL MPI_COMM_RANK(MPI_COMM_WORLD, RANK, & IERR) PRINT *, PROCESS, RANK, SIZE, SIZE CALL MPI_FINALIZE(IERR) END

MPI MPI_SEND(BUF, COUNT, DATATYPE, DEST, MSGTAG, COMM, IERR) BUF(*) INTEGER COUNT, DATATYPE, DEST, MSGTAG, COMM, IERR Блокирующая посылка массива BUF с идентификатором MSGTAG, состоящего из COUNT элементов типа DATATYPE, процессу с номером DEST в коммуникаторе COMM.

MPI Типы данных: MPI_INTEGER – INTEGER MPI_REAL – REAL MPI_DOUBLE_PRECISION – DOUBLE PRECISION MPI_COMPLES – COMPLEX MPI_LOGICAL – LOGICAL MPI_CHARACTER – CHARACTER(1) MPI_BYTE – 8 бит MPI_PACKED – тип для упакованных данных.

MPI Модификации функции MPI_SEND: MPI_BSEND передача сообщения с буферизацией. MPI_SSEND передача сообщения с синхронизацией. MPI_RSEND передача сообщения по готовности.

MPI MPI_BUFFER_ATTACH(BUF, SIZE, IERR) BUF(*) INTEGER SIZE, IERR Назначение массива BUF размера SIZE для использования при посылке сообщений с буферизацией. В каждом процессе может быть только один такой буфер.

MPI MPI_BUFFER_DETACH(BUF, SIZE, IERR) BUF(*) INTEGER SIZE, IERR Освобождение массива BUF для других целей. Процесс блокируется до того момента, когда все сообщения уйдут из данного буфера.

MPI MPI_RECV(BUF, COUNT, DATATYPE, SOURCE, MSGTAG, COMM, STATUS, IERR) BUF(*) INTEGER COUNT, DATATYPE, SOURCE, MSGTAG, COMM, IERR, STATUS(MPI_STATUS_SIZE) Блокирующий прием сообщения длины не более COUNT от процесс а с номером SOURCE с заполнением массива STATUS.

MPI Вместо аргументов SOURCE и MSGTAG можно использовать константы: MPI_ANY_SOURCE признак того, что подходит сообщение от любого процесса MPI_ANY_TAG признак того, что подходит сообщение с любым идентификатором.

MPI Параметры принятого сообщения всегда можно определить по соответствующим элементам массива STATUS : STATUS(MPI_SOURCE) номер процесса-отправителя. STATUS(MPI_TAG) идентификатор сообщения. STATUS(MPI_ERROR) код ошибки.

MPI Если один процесс последовательно посылает два сообщения, соответствующие одному и тому же вызову MPI_RECV, другому процессу, то первым будет принято сообщение, которое было отправлено раньше. Если два сообщения были одновременно отправлены разными процессами, то порядок их получения принимающим процессом заранее не определен.

MPI MPI_GET_COUNT(STATUS, DATATYPE, COUNT, IERR) INTEGER COUNT, DATATYPE, IERR, STATUS(MPI_STATUS_SIZE) По значению параметра STATUS функция определяет число COUNT уже принятых (после обращения к MPI_RECV) или принимаемых (после обращения к MPI_PROBE или MPI_IPROBE) элементов сообщения типа DATATYPE.

MPI MPI_PROBE(SOURCE, MSGTAG, COMM, STATUS, IERR) INTEGER SOURCE, MSGTAG, COMM, IERR, STATUS(MPI_STATUS_SIZE) Получение в массиве STATUS информации о структуре ожидаемого сообщения с блокировкой. Возврата не произойдет, пока сообщение с подходящим идентификатором и номером процесса-отправителя не будет доступно для получения.

MPI CALL MPI_COMM_SIZE(MPI_COMM_WORLD, SIZE, & IERR) CALL MPI_COMM_RANK(MPI_COMM_WORLD, RANK, & IERR) IF(MOD(RANK,2).EQ. 0) THEN IF(RANK+1.LT. SIZE) THEN CALL MPI_SEND(..., RANK+1, TAG, & MPI_COMM_WORLD, IERR) ENDIF ELSE CALL MPI_RECV(..., RANK-1, TAG, & MPI_COMM_WORLD, STATUS, IERR) ENDIF