MPI簡介

MPI

簡介

在程序中，不同的進程需要相互的數據交換，特別是在科學計算中，需要大規模的計算與數據交換，集群可以很好解決單節點計算力不足的問題，但在集群中大規模的數據交換是很耗費時間的，因此需要一種在多節點的情況下能快速進行數據交流的標準，這就是MPI。

MPI是一組用于多節點數據通信的標準，而非一種語言或者接口。具體的使用方法需要依賴它的具體實現(mpich or openmpi等)。

mpi的目標是

實現較高的通信性能

好的程序移植性

強大的功能

編譯與運行

mpi目前綁定的語言只有FORTRAN 和 C/C++。

c編譯： mpicc -o mpiProgram mpiProgram.c

c++編譯：mpicxx -o mpiProgram mpiProgram.cpp

FORTRAN編譯：mpif77 -o mpiProgram mpiProgram.f

運行可使用mpirun或mpiexec：

mpirun/mpiexec -np 2 mpiProgram

概念

進程

通俗的說，進程就是運行的程序。一個程序可以含有多個進程，但一個進程不能同屬于多個程序。進程擁有獨立的運行環境(內存，寄存器，CPU執行時間等)，是操作系統中獨立存在的可執行的基本單位。每個進程所占有的資源都是獨立的，不與其他的進程共享，不能訪問其他進程內存空間，其他進程也無法訪問該進程內存空間。但可以通過消息傳遞來進行通信。

進程組

指一個mpi程序中的所有(n個)進程的集合。該程序中所有進程編號從0到n-1，主要是為了標識不同的進程，可以通過進程的編號來索引該進程。不同進程組的進程的編號可以相同。

通信器(MPI_Comm)

可以理解圍毆一組進程間可以通信的進程組，通信函數必須在通信器內調用。

消息

需要通信的數據。

mpi對象

mpi內存的數據結構，包括數據類型(MPI_DOUBLE)，通信器(MPI_COMM)等

mpi數據類型

MPI_BYTE為一個字節，即8bit。MPI_PACKED為打包數據類型，可以將自定義數據類型打包傳遞。

mpi模型基本結構

#include void main(int argv,char* argv[])} int rank,size; MPI_Init(&argc,&argv); //初始化MPI環境 MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank); //獲取進程組中進程編號rank MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&size); //獲取進程組中進程數size ..... //各種操作 ..... MPI_Finalize(); //退出MPI環境 }

program main include 'mpif.h' character * (MPI_MAX_PROCESSOR_NAME) processor_name integer myid, numprocs, namelen, rc, ierr call MPI_INIT( ierr ) call MPI_COMM_RANK( MPI_COMM_WORLD, myid, ierr ) call MPI_COMM_SIZE( MPI_COMM_WORLD, numprocs, ierr ) call MPI_FINALIZE(ierr) end

首先就是導入mpi的頭文件，使用MPI_INIT(int* argc_p,char*** argv_p)函數初始化mpi。而后就是獲取進程組中的進程編號以及進程總數MPI_Comm_rank(MPI_Comm int*)，MPI_Comm_size(MPI_Comm , int*)。 設置完成即可進行數據通信操作。最后使用MPI_Finalize()退出MPI環境。

mpi基本函數(c版)

int MPI_Init(int *argc,char ***argv)

*argc為指向main函數argc的指針，***argv為指向main函數**argv的指針。一般不使用時設置為NULL

int MPI_Initialized(int *flag)

檢測mpi環境是否初始化，唯一可在,MPI_Init前使用的函數。

int MPI_Comm_rank(MPI_Comm comm,int *rank) int MPI_Comm_size(MPI_Comm comm,int *size)

MPI_Comm是進程通信器類型，即同一個通信器MPI_Comm中的可以進行通信。一般設為MPI_COMM_WORLD,即該程序的所有進程，也可以自己單獨設置不同的通信器。rank為int型數組，保存該通信器中進程的編號。size為int型指針，保存該通信器中進程的數量。

int MPI_Send(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype,int dest, int tag,MPI_Comm comm)

為阻塞型發送函數，即等消息發送后才可返回執行下一句。buf為發送區緩存。count為發送的數據的大小。datatype為發送的數據類型。dest為發送的目標進程編號。tag為標志，該標志必須和接收函數的標志一致時才可被接收函數接收。comm通信器。

int MPI_Recv (void *buf, int count, MPI_Datatype datatype,int source, int tag, MPI_Comm comm,MPI_Status *status)

為阻塞型接收函數，即接收到消息后才可返回執行下一句。buf為接收區緩存，接收區緩存必需大于等于發送的數據。count為接收的數據大小。datatype為接收的數據類型。source為數據的發送源進程編號。tag為標志，該標志必須與發送函數的tag一致才會被接收。comm為通信器。status返回接收狀態。

int MPI_Isend(const void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag,MPI_Comm comm, MPI_Request *request) int MPI_Irecv(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int source, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Request *request)

為對應的發送接收函數的非阻塞型函數，即當函數執行后立馬返回執行下一行代碼，而不需要等待數據正式發送或接收后才可返回。這經常會導致數據的混亂，因此使用非阻塞發送和接收時格外需要注意。

int MPI_Finalize(void)

退出MPI環境函數，每個進程都必須調用。調用后不可在使用MPI函數。若不執行該函數，則進程可能會掛起。執行該函數前確保非阻塞通信結束。

int MPI_Abort(MPI_Comm comm, int errorcode)

異常終止函數。在出現了致命錯誤而希望異常終止MPI程序時執行，MPI系統會設法終止comm通信器中所有進程， 輸入整型參數errorcode，將被作為進程的退出碼返回給系統

int MPI_Get_processor_name(char *name,int *resultlen)

獲取處理器名稱，在返回的name中存儲所在處理器的名稱，resultlen存放返回名字所占字節，應提供參數name不少于MPI_MAX_PRCESSOR_NAME個字節的存儲空間

int MPI_Get_version(int *version,int *subversion)

獲取mpi版本號，若版本為4.0，則version為4，subversion為0.

double MPI_Wtime(void)

返回調用時刻的墻上時間，用浮點數表示秒數

任務調度 數據結構

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