MPI简介

MPI

简介

在程序中，不同的进程需要相互的数据交换，特别是在科学计算中，需要大规模的计算与数据交换，集群可以很好解决单节点计算力不足的问题，但在集群中大规模的数据交换是很耗费时间的，因此需要一种在多节点的情况下能快速进行数据交流的标准，这就是MPI。

MPI是一组用于多节点数据通信的标准，而非一种语言或者接口。具体的使用方法需要依赖它的具体实现(mpich or openmpi等)。

mpi的目标是

1. 实现较高的通信性能
2. 好的程序移植性
3. 强大的功能

编译与运行

mpi目前绑定的语言只有FORTRAN 和 C/C++。

c编译： mpicc -o mpiProgram mpiProgram.c

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

FORTRAN编译：mpif77 -o mpiProgram mpiProgram.f

运行可使用mpirun或mpiexec：

mpirun/mpiexec -np 2 mpiProgram

概念

进程

通俗的说，进程就是运行的程序。一个程序可以含有多个进程，但一个进程不能同属于多个程序。进程拥有独立的运行环境(内存，寄存器，CPU执行时间等)，是操作系统中独立存在的可执行的基本单位。每个进程所占有的资源都是独立的，不与其他的进程共享，不能访问其他进程内存空间，其他进程也无法访问该进程内存空间。但可以通过消息传递来进行通信。

进程组

指一个mpi程序中的所有(n个)进程的集合。该程序中所有进程编号从0到n-1，主要是为了标识不同的进程，可以通过进程的编号来索引该进程。不同进程组的进程的编号可以相同。

通信器(MPI_Comm)

可以理解围殴一组进程间可以通信的进程组，通信函数必须在通信器内调用。

消息

需要通信的数据。

mpi对象

mpi内存的数据结构，包括数据类型(MPI_DOUBLE)，通信器(MPI_COMM)等

mpi数据类型

MPI_BYTE为一个字节，即8bit。MPI_PACKED为打包数据类型，可以将自定义数据类型打包传递。

mpi模型基本结构

#include<mpi.h>
void main(int argv,char* argv[])}
    int rank,size;
    MPI_Init(&argc,&argv);    //初始化MPI环境
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank);    //获取进程组中进程编号rank
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&size);    //获取进程组中进程数size
    .....
    //各种操作
    ..... 
    MPI_Finalize();    //退出MPI环境
}

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

首先就是导入mpi的头文件<mpi.h>，使用MPI_INIT(int* argc_p,char*** argv_p)函数初始化mpi。而后就是获取进程组中的进程编号以及进程总数MPI_Comm_rank(MPI_Comm int*)，MPI_Comm_size(MPI_Comm , int*)。 设置完成即可进行数据通信操作。最后使用MPI_Finalize()退出MPI环境。

mpi基本函数(c版)

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

*argc为指向main函数argc的指针，***argv为指向main函数**argv的指针。一般不使用时设置为NULL

int MPI_Initialized(int *flag)

检测mpi环境是否初始化，唯一可在,MPI_Init前使用的函数。

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

MPI_Comm是进程通信器类型，即同一个通信器MPI_Comm中的可以进行通信。一般设为MPI_COMM_WORLD,即该程序的所有进程，也可以自己单独设置不同的通信器。rank为int型数组，保存该通信器中进程的编号。size为int型指针，保存该通信器中进程的数量。

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

为阻塞型发送函数，即等消息发送后才可返回执行下一句。buf为发送区缓存。count为发送的数据的大小。datatype为发送的数据类型。dest为发送的目标进程编号。tag为标志，该标志必须和接收函数的标志一致时才可被接收函数接收。comm通信器。

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

为阻塞型接收函数，即接收到消息后才可返回执行下一句。buf为接收区缓存，接收区缓存必需大于等于发送的数据。count为接收的数据大小。datatype为接收的数据类型。source为数据的发送源进程编号。tag为标志，该标志必须与发送函数的tag一致才会被接收。comm为通信器。status返回接收状态。

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)

为对应的发送接收函数的非阻塞型函数，即当函数执行后立马返回执行下一行代码，而不需要等待数据正式发送或接收后才可返回。这经常会导致数据的混乱，因此使用非阻塞发送和接收时格外需要注意。

int MPI_Finalize(void)

退出MPI环境函数，每个进程都必须调用。调用后不可在使用MPI函数。若不执行该函数，则进程可能会挂起。执行该函数前确保非阻塞通信结束。

int MPI_Abort(MPI_Comm comm, int errorcode)

异常终止函数。在出现了致命错误而希望异常终止MPI程序时执行，MPI系统会设法终止comm通信器中所有进程， 输入整型参数errorcode，将被作为进程的退出码返回给系统

int MPI_Get_processor_name(char *name,int *resultlen)

获取处理器名称，在返回的name中存储所在处理器的名称，resultlen存放返回名字所占字节，应提供参数name不少于MPI_MAX_PRCESSOR_NAME个字节的存储空间

int MPI_Get_version(int *version,int *subversion)

获取mpi版本号，若版本为4.0，则version为4，subversion为0.

double MPI_Wtime(void)

返回调用时刻的墙上时间，用浮点数表示秒数