MPI編程入門詳解
MPI簡介
說到并行計算，我們有一個不可繞開的話題——MPI編程。MPI是一個跨語言的通訊協議，用于編寫并行計算機。支持點對點和廣播。MPI是一個信息傳遞應用程序接口，包括協議和和語義說明，他們指明其如何在各種實現中發揮其特性。MPI的目標是高性能，大規模性，和可移植性。MPI在今天仍為高性能計算的主要模型。與OpenMP并行程序不同，MPI是一種基于信息傳遞的并行編程技術。消息傳遞接口是一種編程接口標準，而不是一種具體的編程語言。簡而言之，MPI標準定義了一組具有可移植性的編程接口。
筆者在上一篇文章《如何在win10+vs2013上配置MPI并行編程環境》中詳細介紹了如何在win10環境下配置MPI環境，還沒有配置編程環境的小伙伴建議查看這邊文章，以便于以后的學習（畢竟并行機不是你想擁有就能擁有的）。
MPI基本函數
MPI調用借口的總數雖然龐大， 但根據實際編寫MPI的經驗， 常用的MPI調用的個數確什么有限。 下面是6個最基本的MPI函數。
1.? MPI_Init(…);
2.? MPI_Comm_size(…);
3.? MPI_Comm_rank(…);
4.? MPI_Send(…);
5.? MPI_Recv(…);
6.? MPI_Finalize();
我們在此通過一個簡單的例子來說明這6個MPI函數的基本用處。
函數介紹
1. int MPI_Init (int* argc ,char** argv[] )
該函數通常應該是第一個被調用的MPI函數用于并行環境初始化，其后面的代碼到 MPI_Finalize()函數之前的代碼在每個進程中都會被執行一次。
–? 除MPI_Initialized()外， 其余所有的MPI函數應該在其后被調用。
–? MPI系統將通過argc,argv得到命令行參數（也就是說main函數必須帶參數，否則會出錯）。
2. int MPI_Finalize (void)
–? 退出MPI系統， 所有進程正常退出都必須調用。 表明并行代碼的結束,結束除主進程外其它進程。
–? 串行代碼仍可在主進程(rank = 0)上運行， 但不能再有MPI函數（包括MPI_Init()）。
3. int MPI_Comm_size (MPI_Comm comm ,int* size )
–? 獲得進程個數 size。
–? 指定一個通信子,也指定了一組共享該空間的進程, 這些進程組成該通信子的group（組）。
–? 獲得通信子comm中規定的group包含的進程的數量。
4. int MPI_Comm_rank (MPI_Comm comm ,int* rank)
–? 得到本進程在通信空間中的rank值,即在組中的邏輯編號(該 rank值為0到p-1間的整數,相當于進程的ID。)
5. int MPI_Send( void *buff, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm)
–void *buff：你要發送的變量。
–int count：你發送的消息的個數（注意：不是長度，例如你要發送一個int整數，這里就填寫1，如要是發送“hello”字符串，這里就填寫6（C語言中字符串未有一個結束符，需要多一位））。
–MPI_Datatype datatype：你要發送的數據類型，這里需要用MPI定義的數據類型，可在網上找到，在此不再羅列。
–int dest：目的地進程號，你要發送給哪個進程，就填寫目的進程的進程號。
–int tag：消息標簽，接收方需要有相同的消息標簽才能接收該消息。
–MPI_Comm comm：通訊域。表示你要向哪個組發送消息。
參數說明
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個變量里。
–int count：你接收消息的消息的個數（注意：不是長度，例如你要發送一個int整數，這里就填寫1，如要是發送“hello”字符串，這里就填寫6（C語言中字符串未有一個結束符，需要多一位））。它是接收數據長度的上界. 具體接收到的數據長度可通過調用MPI_Get_count 函數得到。
–MPI_Datatype datatype：你要接收的數據類型，這里需要用MPI定義的數據類型，可在網上找到，在此不再羅列。
–int dest：接收端進程號，你要需要哪個進程接收消息就填寫接收進程的進程號。
–int tag：消息標簽，需要與發送方的tag值相同的消息標簽才能接收該消息。
–MPI_Comm comm：通訊域。
–MPI_Status *status：消息狀態。接收函數返回時，將在這個參數指示的變量中存放實際接收消息的狀態信息，包括消息的源進程標識，消息標簽，包含的數據項個數等。
示例
基本函數都已經介紹完，現在我們來用一個示例來加強對這些基本函數的理解。
#include
運行結果如下圖所示
執行結果
可以看到，當筆者開啟四線程運行時，1-3號進程發送消息，0號進程接收到消息并打印；當筆者開啟八線程運行時，1-7號進程發送消息，0號進程接收到消息并打印。
消息發送示意
消息發送與接收函數的參數的一些重要說明。
1.MPI標識一條消息的信息包含四個域:
–? 源:發送進程隱式確定,進程rank值唯一標識.
–? 目的:Send函數參數確定.
–? Tag:Send函數參數確定, (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,用于標識該通訊空間.
2. buffer的使用
buffer必須至少可以容納count個由datatype指明類型的數據. 如果接收buf太小, 將導致溢出、 出錯
3. 消息匹配
–? 參數匹配source,tag,comm/dest,tag,comm.
–? Source == MPI_ANY_SOURCE： 接收任意處理器來的數據(任意消息來源).
–? Tag == MPI_ANY_TAG： 匹配任意tag值的消息(任意tag消息).
4. 在阻塞式消息傳送中不允許Source == dest,否則會導致死鎖.
5. 消息傳送被限制在同一個通信域內。
6. 在send函數中必須指定唯一的接收者。
任務調度
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