mpi的介绍.pdf

MPI使用C語言

學校：台北科技大學
編寫者：呂宗螢
指導教授：梁文耀老師
MPI簡介

MPI全名MessagePassingInterface，MPIisalanguage-independentcommunicationsprotocolused
toprogramparallelcomputers
定義了process和process之間傳送訊息的一個標準，適用於各種不同的傳遞媒介。不止是單一
電腦內的process和process傳送訊息，還可以在網路上不同電腦間的process與process的溝通。目
的是希望能提供一套可移值性和高效率的傳送訊息的標準。有相同功能的是PVM(ParallelVirtual
Machine)，但現在一般較多人使用的是MPI。
因為他只是一個標準(interface/standard)，所以MPI本身不是library，只是提供給各個單位自
行製作MPI時所必須遵循標準。所以市面上有許多的ex：MPICH、MSMPI、Lan/MPI…等，均是
遵循MPI的標準所實作出來的MPI，而各廠商亦可以針對自己的硬體做最佳化。
MPICH便是其中之一實作MPI標準的library，提供了MPI的function，以便程式設計師撰寫
平行運算程式，也是最基本MPI實作，其優點是可以跨平台(只能要能裝mpich的環境均可，但程
式的撰寫不能相依於OS，ex：使用pthread.h)，提供語言有C、Fortan77、C++、Fortan90(c++和
fortan90在mpich2才支援)。

撰寫程式和執行的步驟

1.啟動MPI環境(亦可以在Compiler完再啟動，mpd.hosts定義了一些mpi環境的主機名稱)
mpdboot-n4-fmpd.hosts(-n是指啟動主機的數目，-f是指定義主機的檔案)
2.撰寫MPI程式
vihello.c
3.Compile
mpicchello.c–ohello.o
4.執行程式
mpiexec–n4./hello.o(-n是指process(行程)的數目)
5.結束MPI
mpdallexit

撰寫平行程式的基本觀念

1.需由程式設計師來規畫平行化程式：
所謂平行程式並不是指說你寫好一個程式，只要丟到平行運算環境，該環境便會自動幫你把程
式分開，然後做平行處理。而是程式設計師在撰寫時就必須規畫好程式那些可以分開做平行化，然
後丟到平行運算環境後，該環境會依據你的程式規畫，而將程式分開做平行處理，所以怎麼把程式
平行化是很重要的。

(MPI會把程式A整個複製到各個電腦，然後各節點只執行自己那一段，這與SIMD的模式類似)

2.並不是只要將程式平行化之後就能提高程式的效率
確實程式分成了數個部份同時給不同的電腦做處理，減少了電腦的資源消耗，但因為平行程式
在將資料傳送到每個process是很花時間的，如果process分散到不同的電腦時，在網路上，MPI
在以網路為交換資料的介面底層也是使用TCP/IP網路協定在傳送資料，在傳送時所浪費的時間是
不可避免，當然還有許多其他的資源交換時的浪費，所以通常如果在所要處理的程式資料量很小，
是看不出平行程式所帶來的效率的。
但當所要處理的程式資料量很大時，在長時間上來看，平行程式確實是比較簡省時間而且來得
有效率的。

MPI程式基本架構

#include"mpi.h"

MPI_Init();

DosomeworkorMPIfunction
example:
MPI_Send()/MPI_Recv()

MPI_Finalize();

MPI一些基本function

intMPI_Init(int*argc,char*argv[])
intMPI_Comm_rank(MPI_Commcomm,int*rank)
doubleMPI_Wtime()
intMPI_Finzlize()
intMPI_Abort(MPI_Commcomm,interrorcode)

MPI_Init
MPI_Init初始了一些東西，包含了所有process及提供互相傳遞訊息所需的資料，可以讓這
些mpi的process互相溝通的communicator(溝通者)，初始的communicator包含了有
MPI_COMM_WORLD和MPI_COMM_SELF，並將指令參數(argc,argv)複製到所有process。

MPI_COMM_WORLD
是一個communicator，主要作用是指出辨別所有有加入平行運算環境的Processes，而process
和process溝通時所使用的functioncall都要用他做為參數