skaitiniai metodai 1

Panašūs dokumentai
skaitiniai metodai 1

skaitiniai metodai 1

Slide 1

Masyvas su C++ Užduotys. Išsiaiškinkite kodą (jei reikia pataisykite) ir paleiskite per programą. Ciklo skaitliuko įrašymas į vienmatį masyvą: #includ

Microsoft Word - 15_paskaita.doc

DB sukūrimas ir užpildymas duomenimis

PowerPoint Presentation

Dažniausios IT VBE klaidos

4 skyrius Algoritmai grafuose 4.1. Grafų teorijos uždaviniai Grafai Tegul turime viršūnių aibę V = { v 1,v 2,...,v N } (angl. vertex) ir briaun

MAGENTO 1.9 OMNIVA MODULIO DIEGIMO INSTRUKCIJA

DBVS realizavimas Pagrindiniai DBVS komponentai Duomenų saugojimas diske Paruošė J.Skučas

P. Kasparaitis. Praktinė informatika. Skriptų vykdymas ir duomenų valdymas Skriptų vykdymas ir duomenų valdymas Įvadas Skripto failas tai M

PowerPoint Presentation

Banko_paslaugu_internetu_teikimo_salygos_

Techninė dokumentacija Qlik Sense architektūros apžvalga 2015 m. gruodis qlik.com

ktu kompiuterių katedra Programavimas asembleriu Darius Birvinskas Ignas Martišius Algimantas Venčkauskas

Algoritmai ir duomenų struktūros (ADS) 7 paskaita Saulius Ragaišis, VU MIF

Slide 1

PRIEDAI 199 G priedas. Skirtingų kartų elektroninių vartotojų portretai G.1 lentelė. Kūkikių bumo kartos elektroninio vartotojo portretas (sudaryta au

Java esminės klasės, 1 dalis Išimtys, Įvestis/išvestis

Longse Wi-Fi kameros greito paleidimo instrukcija 1. Jums prireiks 1.1. Longse Wi-Fi kameros 1.2. Vaizdo stebėjimo kameros maitinimo šaltinio 1.3. UTP

KTU BIBLIOTEKOS PASLAUGOS

PowerPoint Presentation

Tiesioginio-debeto-paslaugos-duomenu-apsikeitimo-formatu-aprasas

PowerPoint Presentation

Slide 1

Pagrindiniai algoritmai dirbant su sveikųjų ir realiųjų skaičių masyvų reikšmėmis Sumos skaičiavimo algoritmas Sveikieji skaičiai int Suma (int X[], i

Microsoft Word - SDH2.doc

Pardavimų aplikacija (Microsoft Dynamics AX (Axapta) sistemai) Diegimo instrukcija bifree.lt qlik.com

Slide 1

PowerPoint Presentation

File Transfer programinės įrangos naudotojo instrukcija

Lietuvos mokslo ir studijų institucijų kompiuterių tinklas LITNET Vilniaus universitetas Mokslininko darbo vietos paslauga Paslaugos naudojimo instruk

Jabra SPEAK 410 Naudotojo vadovas

Įžanga apie privatumą Dalyviai tyrinės tai, kaip jie patys suvokia privatumą ir kokį poveikį jis daro jų gyvenimams. Dalyviai apžvelgs informacijos, k

Algoritmø analizës specialieji skyriai

RR-GSM_IM_LT_110125

PS Testavimo ir konfigūravimo valdymas Užduotis nr. 1. Karolis Brazauskas Mindaugas Rekevičius Jonas Riliškis Eugenijus Sabaliauskas

VLKK

Rodiklio pavadinimas Data

VERSLO IR VADYBOS TECHNOLOGIJŲ PROGRAMA

Atviro konkurso sąlygų 4 priedas BENDROJO PAGALBOS CENTRO INFORMACINĖS SISTEMOS APTARNAVIMO PASLAUGŲ TEIKIMO SPECIFIKACIJA 1. Pirkimo objektas Bendroj

Programų sistemų inžinerija Saulius Ragaišis, VU MIF

Printing triistr.wxmx

Slide 1

Slide 1

UAB AMEA Business Solutions Praktiniai IT Sprendimai smulkioms ir vidutin ms mon ms Direktor, Jurgita Vitkauskait , K

Slide 1

EUROPOS KOMISIJA Briuselis, C(2017) 4679 final KOMISIJOS ĮGYVENDINIMO SPRENDIMAS (ES) / dėl bendros sistemos techninių standa

* # * # # 1 TIESĖS IR PLOKŠTUMOS 1 1 Tiesės ir plokštumos 1.1 Lygtys ir taškų aibės Sferos lygtis Tarkime, kad erdvėje apibrėžta Dekarto stačiak

Microsoft Word - DV_Rekomendacijos2

Lietuvos mokslo ir studijų institucijų kompiuterių tinklas Litnet Vilniaus Gedimino technikos universitetas Virtualių serverių paslauga Paslaugos apra

VALSTYBINIO SOCIALINIO DRAUDIMO FONDO VALDYBOS

PATVIRTINTA Valstybinės kainų ir energetikos kontrolės komisijos pirmininko 2017 m. d. įsakymu Nr. O1- VALSTYBINĖS KAINŲ IR ENERGETIKOS KONTROLĖS KOMI

PRESTASHOP 1.7 OMNIVA MODULIO DIEGIMO INSTRUKCIJA

Microsoft Word - Vaida_Benetyte_v6.doc

Pridėtinės vertės mokesčio sąskaitų faktūrų registrų duomenų tvarkymo ir pateikimo taisyklių priedas I.SAF DUOMENŲ RINKMENOS APRAŠYMAS I DALIS ANTRAŠT

ES F ben dri Projekto kodas (Įrašoma automatiškai) 1 PROJEKTO SFMIS DUOMENŲ FORMA FORMAI PRITARTA m. Europos Sąjungos struktūrinės paramos a

Prekių pirkimo pardavimo taisyklės

Projektas PATVIRTINTA Alytaus Sakalėlio pradinės mokyklos direktoriaus įsakymu Nr. V- ALYTAUS SAKALĖLIO PRADINĖS MOKYKLOS ELEKTRONINIO DIENYNO T

Algoritmai ir duomenų struktūros (ADS) 2 paskaita Saulius Ragaišis, VU MIF

Paslaugų teikimo aprašymas

VALSTYBINĖS MOKESČIŲ INSPEKCIJOS

Logines funkcijos termu generavimo algoritmas pagristas funkciniu modeliu

(Microsoft Word - Pasiruo\360imas EE 10 KD-1)

DUOMENŲ TEIKIMO SUTARČIŲ REGISTRUI ELEKTRONINIU BŪDU

PowerPoint Presentation

Techninis aprašymas Tolygaus valdymo pavara AME 435 Aprašymas Vožtuvo srauto reguliavimo funkciją. Srautą galima įvairiai reguliuoti nuo tiesinio iki

LT.doc

Microsoft Word - Tech irangos specifikacija 4 priedas (patikslinta).docx

HISREP sutartis notarams

PATVIRTINTA Lietuvos statistikos departamento generalinio direktoriaus ir Muitinės departamento prie Lietuvos Respublikos finansų ministerijos general

Technines specifikacijos projektas

2 + 1 PROCENTAI GYVENTOJO PAJAMŲ MOKESČIO - PARAMAI

IŠDUODAMUOSE I, III, V IR VI TIPO NUMERIO ŽENKLUOSE NAUDOJAMŲ UŽRAŠŲ SUDARYMO EILIŠKUMO TVARKOS

A. Merkys ASOCIACIJA LANGAS Į ATEITĮ, 2015 m. Elektroninis mokymasis Tikriausiai šiais laikais daugelis esate girdėję apie elektroninį bei nuotolinį m

PS_riba_tolydumas.dvi

K9 WebProtection (toliau K9) programa yra nemokama asmeniniam naudojimui. Programa suderinama su Windows Vista, Windows 7, Windows 10 ir Mac operacinė

Microsoft Word - Asmenų prašymų pasiūlymų ir skundų nagrinĊjimo tvarkos aprašas

LIETUVOS RESPUBLIKOS RYŠIŲ REGULIAVIMO TARNYBA STRATEGIJOS DEPARTAMENTAS EKONOMINĖS ANALIZĖS SKYRIUS 2017 M. I KETVIRTĮ VYKDYTOS ELEKTRONINIŲ RYŠIŲ VE

Layout 1

MUITINĖS DEPARTAMENTAS PRIE LIETUVOS RESPUBLIKOS FINANSŲ MINISTERIJOS BENDRO NAUDOTOJŲ VALDYMO SISTEMOS, ATITINKANČIOS EUROPOS KOMISIJOS REIKALAVIMUS,

NACIONALINIS KIBERNETINIO SAUGUMO CENTRAS Tel El. p. NACIONALINIS KIBERNETINIO SAUGUMO CENTRAS PRIE KRA

Adresatas

10 Pratybos Oleg Lukašonok 1

Projektas „Europos kreditų perkėlimo ir kaupimo sistemos (ECTS) nacionalinės koncepcijos parengimas: kreditų harmonizavimas ir mokymosi pasiekimais gr

NACIONALINIS KIBERNETINIO SAUGUMO CENTRAS Tel El. p. NACIONALINIS KIBERNETINIO SAUGUMO CENTRAS PRIE KRAŠTO APSA

124

Veiksmų programų administravimo

Komunikacijos ir dokumentu valdymo platforma

PowerPoint Presentation

PATVIRTINTA Kauno sporto mokyklos Startas Direktoriaus 2019 m. balandžio 23 d. įsakymu Nr KAUNO SPORTO MOKYKLOS STARTAS PRIVATUMO POLITIKA Kauno

LIETUVOS RESPUBLIKOS REGIONINĖS PLĖTROS ĮSTATYMO NR. VIII-1889 PAKEITIMO ĮSTATYMAS 2014 m. rugsėjo 18 d. Nr. XII-1094 Vilnius 1 straipsnis. Lietuvos R

RET2000 Elektronisis Skaitmeninis Termostatas su LCD

PowerPoint Presentation

1 ESTIJOS RESPUBLIKOS VYRIAUSYBĖS, LATVIJOS RESPUBLIKOS VYRIAUSYBĖS IR LIETUVOS RESPUBLIKOS VYRIAUSYBĖS SUSITARIMAS DĖL BALTIJOS ORO ERDVĖS STEBĖJIMO

Slide 1

CompoundJS Node on rails

Transkriptas:

Lygiagretusis programavimas doc. dr. Vadimas Starikovičius 6-oji paskaita Paskirstytosios atminties lygiagretusis programavimas. MPI programavimo biblioteka. Pagrindinės MPI funkcijos.

Paskirstytos atminties lygiagretieji kompiuteriai Kiekvienas procesorius turi tik savo nuosavą atmintį ir sudaro atskirą mazgą. Mazgų sujungimui naudojamas tinklas gali naudoti įvairiausias technologijas (Ethernet, Myrinet, InfiniBand) ir topologijas (pvz. 3D torus). Nėra jokio bendro atminties adresavimo, kiekvienas procesorius adresuoja tik savo atmintį. Natūralus programavimo modelis tokiose sistemose paskirstytos atminties modelis ir jį naudojančios programavimo priemonės. Pagal šį modelį kiekvienas lygiagretus procesas turi tik lokaliuosius kintamuosius (iš savo lokaliosios atminties). Kai vienam iš procesų prireikia duomenų iš kito proceso, tai yra programuotojo uždavinys - nurodyti kada ir kaip tie duomenys turi būti siunčiami ir gaunami. Lygiagrečiųjų procesų sinchronizacija irgi yra programuotojo rūpestis. Išvada. Kadangi kiekvienas procesas dirba tik su savo atmintimi, tai jo atliekami atminties pakeitimai (kintamojo reikšmės), niekaip neįtakoja kitų procesorių lygiai taip pat pavadintų kintamųjų, t.y. nėra jokių bendrųjų kintamųjų - nėra ir data race problemos. Nėra ir cache coherency - spartinančiųjų atmintinių suderinamumo problemos (t.y. nereikalingos flush operacijos).

Paskirstytos atminties programavimas Paskirstytos atminties programavimo įrankis turi sutekti programuotojui priemonės: paskirstyti skaičiavimus (darbą) tarp lygiagrečiųjų procesų, organizuoti duomenų mainus (persiuntimą) tarp šių lygiagrečiųjų procesų, sukompiliuoti lygiagretųjį kodą ir paleisti lygiagrečiųjų procesų, vykdančių tą kodą, grupę (norimo dydžio). 1980-1990 metais buvo sukurta nemažai įvairių įrankių paskirstytos atminties programavimui: TCGMSG, Chameleon, PVM ( Parallel Virtual Machine biblioteka, ORNL/UTK),... Sparčiai populiarėjant paskirstytos atminties kompiuteriams augo poreikis turėti vieningą standartą. Taip atsirado MPI (Message Passing Interface) standartas (1994 m.). Pastaba: paskirstytos atminties kompiuteriuose galima naudoti ir kai kurias bendrosios atminties modelį naudojančias programavimo priemones (pvz., Intel Cluster OpenMP (dropped in v.13.0), Global Arrays). Tačiau tokio tipo emuliavimas retai būna efektyvus (tinka tik tam tikrų tipų uždaviniams).

MPI istorija ir evoliucija (http://www.mpi-forum.org) 1992. Sukurtas MPI Forumas organizacija, jungianti akademinės ir industrinės bendruomenių narius, Message Passing API standarto sukūrimui. 1993, lapkritis. Supercomputing'93 konferencijoje pristatytas standarto draft as. 1994, gegužė. Galutinė versija MPI 1.0 standarto. 1997. Pasirodo MPI-2 standartas: išplėtimas MPI-1. Šiuo metu: MPI-1 paskutinė versija - 1.3 (2008), MPI-2 paskutinė versija - 2.2 (2009), MPI-3 paskutinė versija - 3.1 (2015). Įvairūs programinės įrangos gamintojai (commercial, open source) realizuoja MPI standartą C, C++, Fortran programavimo kalbų bibliotekose. Šiuo metu dauguma MPI realizacijų (bibliotekų) pilnai palaiko MPI-1 ir dalinai MPI-2. Yra keletas MPI bibliotekų, kurios pilnai palaiko MPI-2.

MPI bibliotekos MPI API standarto realizacijos (implementations): Open MPI. Atviro kodo biblioteka, pilnas MPI-3.1 palaikymas paskutinėse versijose, klasteryje Vilkas suinstaliuota versija 1.4.4. MPICH2. Atviro kodo biblioteka, MPI-2 palaikymas, UNIX ir Windows, klasteryje Vilkas suinstaliuota versija 1.3.1. Intel MPI Library for Linux or Windows. Nemokamos Linux ir Windows bibliotekos, klasteryje Vilkas suinstaliuota versija 3.1.1. Intel Parallel Studio XE (yra nemokama versija studentams). Microsoft MPI. MS-MPI biblioteka (nemokama), MPI-2 palaikymas. Pastaba: Šiuolaikinės MPI realizacijos (bibliotekos) efektyviai palaiko įvairiausias lygiagrečiųjų kompiuterių architektūras: paskirstytos atminties (klasteriai), bendrosios atminties (SMP, multicore), mišriosios, ir įvairiausius tinklus (Gigabit Ethernet,10 Gigabit Ethernet, InfiniBand, Myrinet, Quadrics).

MPI privalumai Standartas. Šiuo metu MPI yra pripažintas standartas, kuris išstūmė kitus paskirstytos atminties programavimo (su pranešimų persiuntimu) įrankius ir bibliotekas. Portatyvumas. MPI standartą realizuojančios bibliotekos (nemokamos ir komercinės) egzistuoja visose platformose. Todėl MPI programa be pakeitimų gali būti perkelta iš vieno tipo kompiuterio į kito tipo kompiuterį. Našumas. MPI programų kompiliavimas su gamintųjų (angl. vendor) MPI realizacijomis, optimizuotomis atitinkamose platformose, leidžia gerinti pačių lygiagrečiųjų programų efektyvumą. Funkcionalumas. Vien tik MPI-1 standartas apibrėžia virš 120 funkcijų, kurios leidžia programuotojui realizuoti ne tik bazines duomenų persiuntimo operacijas, bet ir sudėtingus grupinius duomenų mainus. Be to, šiuo metu jau yra sukurta (ir tebekuriama) nemažai įvairių aukštesnio lygio lygiagrečiųjų bibliotekų (pvz., matematinių), kurios remiasi išlygiagretinimu su MPI.

MPI programos koncepcija C / C++ / Fortran kalba yra rašoma lygiagreti programa, naudojanti MPI funkcijas duomenų mainams. Yra neoficialus MPI palaikymas ir kitose programavimo kalbose: Java, Python, R, Matlab. Programa yra kompiliuojama su MPI biblioteka (mpic++) ir gautas vykdomasis failas yra paleidžiamas pasirinktuose procesoriuose (branduoliuose), naudojant MPI užduočių atlikimo aplinką (mpirun). Taigi, kiekvienas iš paleistų lygiagrečiųjų procesų vykdo tą patį programinį kodą. Visi procesai automatiškai yra numeruojami ir gauna unikalų numerį ID angl. rank, kurį kiekvienas procesas gali sužinoti MPI funkcijos pagalba. Pagal šį numerį procesai nustato ir atlieka savo darbo dalį, naudodami savo duomenų dalį. Šis lygiagrečiųjų skaičiavimų atlikimo būdas vadinamas - SPMD (Single Program, Multiple Data).

MPI koncepcijos MPI branduolį (MPI-1) sudaro keturios pagrindinės koncepcijos: Duomenų siuntimo operacijos (funkcijos) Komunikatoriai Siunčiamų duomenų tipai (sudarymo funkcijos) Virtualios topologijos

Duomenų siuntimo operacijos (funkcijos) MPI standarte yra išskiriamos: point-to-point duomenų siuntimo operacijos (funkcijos): vienas procesas siunčia (siuntėjas) duomenis kitam procesui (gavėjas); sinchroninis, buferinis siuntimo režimai (angl. synchronous, buffered sending modes) Blokuotas/neblokuotas siuntimas/gavimas kolektyvinės duomenų siuntimo operacijos (funkcijos): keli procesai (grupė) siunčia ir gauna duomenis vienu metu (pvz., surenka, paskirsto). Programuotas gali pats realizuoti kolektyvines operacijas per point-topoint funkcijas, tačiau tikėtina, kad MPI bibliotekos realizacijos bus geresnės (angl. scalable, efficient implementations).

Komunikatoriai Komunikatorius tai specialus MPI objektas, kuris apibrėžia kažkokią lygiagrečiųjų procesų grupę ir priskiria jai unikalų (tarp visų kitų komunikatorių) požymį. Todėl ta pati procesų grupė gali turėti kelis komunikatorius. Iš karto po programos paleidimo MPI automatiškai sukuria MPI_COMM_WORLD komunikatorių (default communicator), kurį sudaro visi paleisti procesai. Toliau pats programuotojas naudodamas MPI funkcijas gali kurti (ir naikinti) savo komunikatorius. Tie patys procesai gali priklausyti keliems komunikatoriams. Aišku, skirtinguose komunikatoriuose tas pats procesas gali turėti skirtingus numerius rank us.

Komunikatoriai Komunikatorius yra nurodomas visose MPI duomenų mainų (siuntimo) funkcijose (privalomas argumentas), t.y. bet kokia duomenų siuntimo MPI operacija yra vykdoma tik tarp to paties komunikatoriaus procesų. Jei tie patys procesai apsikečia pranešimais skirtinguose algoritmo kontekstuose (atliekant vieną ar kitą žingsnį), tai vienas iš būdų programiškai užtikrinti, kad šie pranešimai nebūtų supainioti, yra apibrėžti skirtingus (pagal kontekstą) komunikatorius ir atlikinėti siuntimus nurodant juos kaip argumentus. Pvz., kuriant lygiagrečiąją biblioteką, svarbu atskirti bibliotekos funkcijų siunčiamus pranešimus nuo kitose programos vietose siunčiamų pranešimų. Jei pagal lygiagretųjį algoritmą reikia atlikti kolektyvines komunikacijas tam tikrose procesų grupėse, tai geriausiai toms grupėms sukurti MPI komunikatorius ir naudoti atitinkamas MPI kolektyvinių komunikacijų funkcijas.

Siunčiamų duomenų tipai Persiunčiant duomenis MPI standartas reikalauja nurodyti atitinkamose funkcijose siunčiamų duomenų tipą. MPI duomenų tipai leidžia sumažinti duomenų kopijavimo sąnaudas ir naudoti skaičiavimuose heterogenines sistemas (pvz., kartu naudoti 32 ir 64-bitų kompiuterius). MPI apibrėžia aibę bazinių tipų, dauguma iš kurių atitinka bazinius tipus, apibrėžtus C ir Fortran programavimo kalbose (pvz., MPI_INT, MPI_DOUBLE). MPI leidžia programuotojui pačiam apibrėžti sudėtingesnius tipus (angl. derived data types).

Virtualios topologijos Virtualios MPI topologijos leidžia programuotojui sudėlioti MPI procesų grupę pagal tam tikrą geometrinę topologiją (pvz., dekartinį tinklą, grafą). MPI standartas apibrėžia loginį (virtualų) procesų sudėliojimą. Dažniausiai, jis padeda programuotojui paprasčiau ir aiškiau užrašyti savo lygiagretųjį algoritmą. Tačiau tam tikros gamintojų MPI realizacijos gali sudarinėti virtualias topologijas pagal realias (fizines) lygiagrečiųjų kompiuterių tinklų topologijas. Virtualios topologijos yra sudaromos programuotojo, naudojant MPI komunikatorius ir grupes, specialių MPI funkcijų pagalba.

Apie MPI-2 MPI-2 yra pradinio MPI-1 standarto išplėtimas. Jis suteikia programuotojui papildomas galimybes: Dinaminiai procesai (Dynamic Processes) funkcijos naujų procesų kūrimui. Lygiagretusis įvedimas/išvedimas (Parallel I/O) MPI palaikymas (support): duomenų struktūros, tipai, funkcijos. C++ ir Fortran-90 MPI konstrukcijos (Language Bindings) One-Sided Communications, Extended Collective Operations,...

MPI pagrindai C/C++ ir Fortran konstrukcijos yra labai panašios. Kodo failai, kurie naudoja MPI funkcijas turi apibrėžti: #include "mpi.h" (Fortran - include 'mpif.h') C Binding Formatas: rc = MPI_Xxxxx(parameter,... ) Pavyzdys: Klaidos kodas: rc = MPI_Bsend(&buf,count,type,dest,tag,comm) Funkcija grąžina "rc". MPI_SUCCESS, jei sėkmingai atlikta. Fortran Binding Formatas: Pavyzdys: Klaidos kodas: CALL MPI_XXXXX(parameter,..., ierr) call mpi_xxxxx(parameter,..., ierr) CALL MPI_BSEND(buf,count,type,dest,tag,comm,ierr) Grąžinamas kaip "ierr" parametras. MPI_SUCCESS, jei sėkmingai atlikta.

MPI pagrindai: MPI vykdymo aplinkos inicializavimas ir užbaigimas int MPI_Init( int *argc, char ***argv); Inicializuoja MPI vykdymo aplinką (MPI execution environment). Bet kuris lygiagretusis procesas prieš panaudojant kokią nors MPI funkciją turi (vieną kartą) iškviesti šią funkciją. Priklausomai nuo MPI realizacijos funkcija gali perduoti komandinės eilutės argumentus visiems procesams. int MPI_Finalize(void); MPI vykdymo aplinkos užbaigimas. Visos MPI vykdomos operacijos (pvz., duomenų persiuntimas) turi pasibaigti iki šios funkcijos iškvietimo. Po šios funkcijos negalima kviesti kitų MPI funkcijų, kitaip bus gauta klaida.

MPI programos struktūra #include "mpi.h int main( int argc, char *argv[ ] ) { < programinis kodas be MPI funkcijų > MPI_Init( &agrc, &argv); < programinis kodas su MPI funkcijomis > MPI_Finalize(); < programinis kodas be MPI funkcijų > } return 0; Atkreipkite dėmesį, kad programinis kodas iki MPI_Init() ir po MPI_Finalize() irgi vykdomas lygiagrečiai. Pastaba. MPI standartas to nereglamentuoja ir tai priklauso nuo MPI realizacijos (bibliotekos). VGTU klasteryje Vilkas naudojamos MPI bibliotekos visą main() kodą vykdo lygiagrečiai (vykdo visi paleisti procesai).

Šešios pagrindinės MPI funkcijos Bet kokį lygiagretųjį algoritmą galima realizuoti 6 MPI funkcijų pagalba: MPI_Init (); MPI_Finalize (); MPI_Comm_size (); MPI_Comm_rank (); MPI_Send (); MPI_Recv (); Tai yra minimalus ir pakankamas funkcijų rinkinys. Tačiau svarbu yra ne šiaip realizuoti algoritmą, o padaryti tai efektyviai, t.y. pasiekti kuo didesnį pagreitėjimą. Todėl reikia stengtis sumažinti duomenų persiuntimo, duomenų laukimo laiko sąnaudas. Dažnai tai padeda padaryti sudėtingesnių (angl. advanced) MPI konstrukcijų (funkcijų) panaudojimas.

Procesų skaičiaus ir jų numerių (ID) nustatymas int MPI_Comm_size (MPI_Comm comm, int *size); Funkcija nustato procesų skaičių komunikatoriuje comm ir grąžina jį į size. Programos pradžioje naudojama su MPI_COMM_WORLD komunikatoriumi tam, kad nustatyti programą vykdančių lygiagrečių procesų skaičių (t.y. kiek jų paleido vartotojas). int MPI_Comm_rank(MPI_Comm comm, int *rank); Funkcija nustato proceso, iškvietusio ją, unikalų numerį (ID, rank a) nurodytame komunikatoriuje comm ir grąžina jį į rank. Programos pradžioje naudojama su MPI_COMM_WORLD komunikatoriumi. Visi procesai gauna numerius nuo 0 iki size - 1. Naudodamas size ir rank programuotojas gali užprogramuoti užduočių paskirstymą tarp lygiagrečiųjų procesų.

Standartinė MPI programos struktūra #include "mpi.h int main( int argc, char *argv[ ] ) { } < programinis kodas be MPI funkcijų > MPI_Init ( &agrc, &argv); int size, rank; MPI_Comm_size ( MPI_COMM_WORLD, &size); MPI_Comm_rank ( MPI_COMM_WORLD, &rank); < programinis kodas su MPI funkcijomis, kiekvienas procesas vykdo jam pagal rank ą priskirtas užduotis > MPI_Finalize (); < programinis kodas be MPI funkcijų > return 0;

Hello, world! pavyzdys (C++, MPI-1) #include "mpi.h" #include <iostream> using namespace std; int main( int argc, char *argv[] ){ } MPI_Init( &argc, &argv ); int size, rank; MPI_Comm_size( MPI_COMM_WORLD, &size ); MPI_Comm_rank( MPI_COMM_WORLD, &rank ); cout << Hello, world from process << rank << of << size << endl; MPI_Finalize(); return 0; Kompiliuojama su kompiliatoriaus (g++) MPI wrapper-skriptų (mpic++), kuris automatiškai pajungia reikalingą MPI biblioteką (žr. >mpic++ -show). Galima naudoti visas g++ kompiliatoriaus opcijas, t.y. o..., -O3 ir t.t. >mpic++ hello_mpi.cpp (žr. examples/mpi) Skaičiavimai paleidžiami su mpirun komanda. VGTU klasteryje per PBS: >qsub jobscript-mpi.sh (žr. examples/mpi) Paleidžiamų procesų skaičius (mazgų skaičius x procesų viename mazge) užduodamas 74-oje eilutėje: #PBS -l nodes=2:ppn=4

Hello, world! pavyzdys (C) #include "mpi.h" #include <stdio.h> int main( int argc, char *argv[] ){ int size, rank; MPI_Init( &argc, &argv ); MPI_Comm_size( MPI_COMM_WORLD, &size ); MPI_Comm_rank( MPI_COMM_WORLD, &rank ); printf( Hello, world from process %d of %d\n", rank, size); MPI_Finalize(); return 0; } Kompiliuojama su kompiliatoriaus (gcc) MPI wrapper-skriptų (mpicc), kuris automatiškai pajungia reikalingą MPI biblioteką (žr. >mpicc -show). Galima naudoti visas gcc kompiliatoriaus opcijas, t.y. o..., -O3 ir t.t. >mpicc hello_mpi.c (žr. examples/mpi)

Hello, world! pavyzdys (C++, MPI-2) #include "mpi.h" #include <iostream> using namespace std; int main( int argc, char *argv[] ){ } MPI::Init( argc, argv ); int size = MPI::COMM_WORLD.Get_size(); int rank = MPI::COMM_WORLD.Get_rank(); cout << Hello, world from process << rank << of << size << endl; MPI::Finalize(); return 0; Kompiliuojama su kompiliatoriaus (g++) MPI wrapper-skriptų (mpic++), kuris automatiškai pajungia reikalingą MPI biblioteką (žr. >mpic++ -show). Galima naudoti visas g++ kompiliatoriaus opcijas, t.y. o..., -O3 ir t.t. >mpic++ hello_mpi-2.cpp (žr. examples/mpi)

Hello, world! pavyzdys (Fortran) program main include 'mpif.h' integer ierr, rank, size call MPI_INIT( ierr ) call MPI_COMM_RANK( MPI_COMM_WORLD, rank, ierr ) call MPI_COMM_SIZE( MPI_COMM_WORLD, size, ierr ) print *, 'Hello, world from process ', rank, ' of ', size call MPI_FINALIZE( ierr ) end Kompiliuojama su kompiliatoriaus (g77 arba ifort) MPI wrapper-skriptų, kuris automatiškai pajungia reikalingą MPI biblioteką (galima naudoti visas kompiliatoriaus opcijas, t.y. o ir t.t.): >mpif77 hello_mpi.f (žr. examples/mpi) arba (mpif90...).

Duomenų persiuntimas Procesas 0 Procesas 1 Send(data) Receive(data) Kokią informaciją turime nurodyti Send() ir Recv() funkcijų argumentuose? Kaip aprašyti/nurodyti data? Kaip nurodyti kam siunčiam / iš ko gaunam? Kaip gavėjas atskirs vienus pranešimus nuo kitų?

Standartinės MPI duomenų persiuntimo funkcijos Tam, kad persiusti duomenis, siunčiantis procesas turi iškviesti funkciją: int MPI_Send( void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, kur int dest, int tag, MPI_Comm comm); buf buferio, kuriame laikomi siunčiami duomenys, pradžios adresas (rodyklė), count siunčiamų duomenų elementų kiekis (skaičius), datatype siunčiamų duomenų elementų tipas (MPI tipas), dest proceso, kuriam siunčiamas šis pranešimas (t.y. gavėjo), numeris (rank as) komunikatoriuje comm, tag šiam pranešimui programuotojo suteikiamas numeris (paprastai, kad butų galima šį pranešimą atskirti nuo kitų, bet jis (tag) nebūtinai turi būti unikalus, t.y. gali būti ir vienodas visiems siunčiamiems pranešimams), comm komunikatorius, kuriam priklauso abu procesai (ir siuntėjas, ir gavėjas).

Standartinės MPI duomenų persiuntimo funkcijos Tam, kad gauti duomenis, gaunantis procesas turi iškviesti funkciją: int MPI_Recv( void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int source, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Status *status); buf buferio, į kurį bus patalpinti atsiusti duomenys, pradžios adresas (rodyklė), count gaunamų duomenų elementų kiekis (skaičius), datatype gaunamų duomenų elementų tipas (MPI tipas), source proceso, iš kurio turi būti gautas šis pranešimas (t.y. siuntėjo), numeris (rank as) komunikatoriuje comm, arba MPI_ANY_SOURCE konstanta (wild card), jei šitoje programos vietoje pranešimas gali būti priimtas iš pirmo atsiuntusio proceso, tag gaunamo pranešimo numeris (šis numeris turi sutapti su tag numeriu, nurodytu siunčiant) arba MPI_ANY_TAG konstanta, jei nenorima tikrinti gaunamo pranešimo numerį (bus gautas pranešimas su bet kokiu tag numeriu). comm komunikatorius, kuriam priklauso abu procesai, status rodyklė į MPI duomenų struktūrą, į kurią bus įrašyti įvykusios duomenų gavimo operacijos duomenys (source, tag, message size).

Standartiniai MPI duomenų tipai

Duomenų persiuntimo pavyzdys (examples/mpi/send_recv.cpp) #include mpi.h #include <stdio.h> int main( int argc, char *argv[]) { int rank, buf; MPI_Status status; MPI_Init(&argc, &argv); MPI_Comm_rank( MPI_COMM_WORLD, &rank ); if (rank == 0) { /* Procesas 0 siunčia */ buf = 123456; MPI_Send( &buf, 1, MPI_INT, 1, 0, MPI_COMM_WORLD); } else if (rank == 1) { /* Procesas 1 gauna */ MPI_Recv( &buf, 1, MPI_INT, 0, 0, MPI_COMM_WORLD, &status ); cout <<"Process "<<rank<<" has received: "<<buf<<endl; } } MPI_Finalize(); return 0;

Standartinės MPI duomenų persiuntimo funkcijos Standartinės MPI_Send () ir MPI_Recv() funkcijos apibrėžia blokuotas (angl. blocking) siuntimo operacijas. Daugiau apie įvairius siuntimo režimus vėliau. Procesas, iškvietęs MPI_Recv(), sustos ir lauks kol negaus pranešimo. Bet koks lygiagretaus proceso laukimo laikas (idle time) sumažina lygiagretaus algoritmo efektyvumą (gaunamą pagreitėjimą). Todėl, ten kur algoritmas tai leidžia, reikia stengtis naudoti ne fiksuotą gavimo operacijų tvarką (pvz., iš 1-o, po to iš 2-o, ar panašiai), o MPI_ANY_SOURCE (wild card), kad gauti pranešimus ta tvarka, kokia jie iš tikrųjų ateina. Gavus pranešimą, iš atitinkamo status objekto galima sužinoti: kas gi tą pranešimą atsiuntė, t.y. koks proceso-siuntėjo numeris: int recvd_tag, recvd_from, recvd_count; MPI_Status status; MPI_Recv(..., MPI_ANY_SOURCE, MPI_ANY_TAG,..., &status ) recvd_tag = status.mpi_tag; recvd_from = status.mpi_source; MPI_Get_count( &status, datatype, &recvd_count );

Pavyzdys (examples/mpi/recv_any_source.cpp) #include mpi.h #include <stdio.h> int main( int argc, char *argv[]) { MPI_Init(&argc, &argv); int rank, size; MPI_Comm_rank( MPI_COMM_WORLD, &rank ); MPI_Comm_size( MPI_COMM_WORLD, &size ); if (rank == 0) { cout << "Hello from process " << rank << endl; MPI_Status status; int RecvRank; for (int i=1; i<size; i++){ MPI_Recv( &RecvRank, 1, MPI_INT, MPI_ANY_SOURCE, MPI_ANY_TAG, MPI_COMM_WORLD, &status ); cout << "Hello from process " << RecvRank << ". Message tag = " << status.mpi_tag << endl; } }else MPI_Send( &rank, 1, MPI_INT, 0, rank+10, MPI_COMM_WORLD ); MPI_Finalize(); return 0; } Paleiskite keletą kartų. Kokia tvarka bus atspausdinti sveikinimai?

MPI laiko matavimo funkcija double MPI_Wtime(void) Funkcija grąžina laiką (sekundėmis), praėjusi nuo tam tikro (fiksuoto) momento praeityje. Patogi funkcija, nes nereikia naudoti specifinių sisteminių (Windows, Linux, AIX,...) laiko bibliotekų ir tą patį kodą galima be pakeitimų perkelti iš vienos sistemos į kitą. Matavimo pavyzdys: double tstartas, tpabaiga, tlaikas; tstartas = MPI_Wtime();... tpabaiga = MPI_Wtime(); tlaikas = tpabaiga - tstartas; double MPI_Wtick(void). Funkcija grąžina laikrodžio, naudojamo MPI_Wtime(), tikslumą. Priklauso nuo MPI realizacijos.

Rekomenduojamas MPI tutorial as su pavyzdžiais https://computing.llnl.gov/tutorials/mpi/