Программирование с использованием Intel MPI. Введение

Привязки к языкам программирования

Привязка к языку C

При использовании MPI в программах на языке C в именах функций используется префикс MPI_, а первая буква имени набирается в верхнем регистре.

Согласно спецификации имена подпрограмм имеют вид Класс_действие_подмножество или Класс_действие. Аналогичное правило действует и для подпрограмм MPI для языка Fortran. В C++ подпрограмма является методом для определенного класса, имя имеет в этом случае вид MPI::Класс::действие_подмножество.

Для некоторых действий введены стандартные наименования:

• Create - создание нового объекта;
• Get - получение информации об объекте;
• Set - установка параметров объекта;
• Delete - удаление информации;
• Is - запрос о том, имеет ли объект указанное свойство.

Значения кода завершения имеют целый тип и определяются по значению функции. Имена констант MPI записываются в верхнем регистре. Их описания находятся в заголовочном файле mpi.h, который обязательно включается в MPI-программу. Имя этого файла может быть другим в других реализациях MPI. Входные параметры функций передаются по значению, а выходные (и INOUT) — по ссылке.

В MPI принята своя система обозначения типов данных, которая соответствует типам данных в языках C и Fortran (соответствие неполное).

Привязка к языку Fortran

Все имена подпрограмм и констант MPI начинаются с MPI_. Коды завершения передаются через дополнительный параметр целого типа (находится на последнем месте в списке параметров подпрограммы). Код успешного завершения - MPI_SUCCESS.

Константы и другие объекты MPI описываются в файле mpi.h, который обязательно включается в MPI-программу с помощью оператора include. Этот оператор находится в начале программы.

Переменная status является массивом стандартного целого типа. Его размер и индексы задаются именованными константами:

integer status(MPI_STATUS_SIZE)
...
if(status(MPI_TAG).EQ.tag1) then
...

В программах на языке Fortran такие объекты MPI, как MPI_Datatype или MPI_Comm - целого типа (integer).

В программах на языке C используются библиотечные функции MPI, в программах на языке Fortran - процедуры.

Структура MPI-программы

В программе MPI следует соблюдать определенные правила, без которых она окажется неработоспособной.

В начале программы, сразу после ее заголовка, необходимо подключить соответствующий заголовочный файл. В программе на языке C это mpi.h:

#include "mpi.h"

а в программе на языке Fortran - mpif.h:

include "mpif.h"

В этих файлах содержатся описания констант и переменных библиотеки MPI.

Первым вызовом библиотечной процедуры MPI в программе должен быть вызов подпрограммы инициализации MPI_Init, перед ним может располагаться только вызов MPI_Initialized, с помощью которого определяют, инициализирована ли система MPI. Вызов процедуры инициализации выполняется только один раз. В языке Fortran у процедуры инициализации единственный аргумент - код ошибки: integer IERR

call mpi_init(ierr)

В C параметры функции инициализации получают адреса аргументов главной программы, задаваемых при ее запуске:

MPI_Init(&argc, &argv);

Загрузчик mpirun в конец командной строки запуска MPI-программы добавляет служебные параметры, необходимые MPI_Init. В программах на языке Fortran аргументы командной строки не используются.

Процедура инициализации создает коммуникатор со стандартным именем MPI_COMM_WORLD. Это имя указывается во всех последующих вызовах процедур MPI.

После выполнения всех обменов сообщениями в программе должен располагаться вызов процедуры

MPI_Finalize(ierr)

В результате этого вызова удаляются структуры данных MPI и выполняются другие необходимые действия. Программист должен позаботиться о том, чтобы к моменту вызова процедуры MPI_Finalize были завершены все пересылки данных. После выполнения данного вызова другие вызовы процедур MPI, включая MPI_Init, недопустимы. Исключение составляет подпрограмма MPI_Initialized, которая возвращает значение "истина", если процесс вызывал MPI_Init. Данный вызов может находиться в любом месте программы.

Организация программы по схеме master-slave

program parallel
…
if (процесс = мастер) then
 master
else
 slave
endif
…
end

Простейшая MPI-программа

MPI_Iinit(int *argc, char **argv)

подключение к MPI.

Аргументы argc и argv требуются только в программах на C, где они задают количество аргументов командной строки запуска программы и вектор этих аргументов. Данный вызов предшествует всем прочим вызовам подпрограмм MPI.

MPI_Finalize()

завершение работы с MPI.

После вызова данной подпрограммы нельзя вызывать подпрограммы MPI. MPI_Finalize должны вызывать все процессы перед завершением своей работы

MPI_Comm_size(comm, size)

определение размера области взаимодействия.

comm - входной параметр-коммуникатор.

Выходным является параметр size целого типа - количество процессов в области взаимодействия

MPI_Comm_rank(comm, pid)

определение номера процесса.

Здесь pid - идентификатор процесса в указанной области взаимодействия

Простейшая MPI-программа

simple_MPI.cpp

#include <mpi.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
 int ProcNum, ProcRank, tmp;
 MPI_Status status;
   MPI_Init(&argc, &argv);
   MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &ProcNum);
   MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &ProcRank);
   printf("Hello world from process %i \n", ProcRank);
   MPI_Finalize();
 return 0;
}

simple_MPI.f90

program main_mpi
 include 'mpif.h'
 integer :: myid, numprocs, ierr
 call mpi_init(ierr)
 call mpi_comm_rank(mpi_comm_world, myid, ierr)
 call mpi_comm_size(mpi_comm_world, numprocs, ierr)
 print *, "process ", myid, " of ", numprocs
 call mpi_finalize(ierr)
end program