MPI: назначение и организация пакета MPI, принципы построения программ для MPI. Классификация функций MPI. Функции MPI_BCAST, MPI_BARRIER, MPI_GATHER, MPI_SCATTER.

Ранее было установлено: при создании кластера используется стандартные описания средства, сетевые решения и популярные арифметические системы. Таким образом, возникает вопрос о том, что же превращает обычную ЛС в кластер. Этот эффект достигается благодаря использованию ПС, которое осуществляет распространение процессов и подпроцессов между вычислительными узлами, а такие обмены данными и сообщениям между процессами. Кроме того, подобные программы должны обеспечивать пользователя независимостью решения его задач. Относительно архитектурных особенностей кластерной системы, особенностей аппаратного обеспечения, особенностей ОС, количества имеющихся реальных процессорных элементов. В качестве такой программы может использоваться реализация MPI:

MPI (message passing interface)

В настоящее время MPI реализуется стандартами: 1) MPI 1.0 2) MPI 2.0

Эти стандарты реализуются несколькими программными средствами: 1) MPIСМ 2)LAM 3)MPVM

Общая структура взаимодействия программных и аппаратных средств:

MPI фактически представляет собой технологию программирования, которая предоставляет пользователю набор функция для разработки параллельных программ.

В состав пакета, реализующего MPI, в min варианте входят: 1)библиотека программирования 2)загрузка приложений.

В соответствии с технологией MPI, параллельное приложение состоит из независимых ветвей или процессов.

Сообщения имеют атрибуты. Для хранения этих атрибутов создается структура MPI_states имеющая след-е ос-е поля:

MPI_sourse – код процесса – отправителя

MPI_tag _№ сообщения

MPI_error – код ошибки

Основные функции MPI все идентификаторы, объявленные в самом начале MPI, начинаются с префикса MPI_. Таким образом, чтобы в прикладных программах не возникли дополнительные ошибки, пользовательские идентификаторы не должны начинаться с этого префикса.

Об успешности выполнения той или иной функции MPI можно судить по возвращаемому ей цело численному значению. В случае успеха все функции MPI возвращают код, который мнемонически обозначается как MPI_SUCCESS. Во всех остальных случаях – код ошибки.

Функции MPI можно разделить на группы в соответствии со следующими критериями: 1)критерий блокирования 2)критерий локальности 3)критерий коллективности

В соответствии с 1) функции делятся на блокирующие и не блокирующие. Блокирующая функция возвращает управление только после полного завершения их выполнения. Не блокирующая функция возвращает управление немедленно после своего вызова, выполняется в фоновом режиме, а за их завершением необходимо дополнительно проследить

Критерий 2)подразделяет ф-ю на те, которые позволяют рассылке данных др-м ветвям и те, которые этого не делают.

В соответствии с 3) коллективными считаются функции, которые выполняются всеми процессами, подключаемыми к заданной области связи с одним и теми же номером коммуникатора заданного в качестве аргумента функции:

Int MPI_init (int arge,char*argv);

Функция является первой функцией, с которой начинается работа параллельной программы и которая выполняется инициализацию рабочей части приложения. Инициализация MPI производится только один раз в течении выполнения программы. Попытка повторной инициализации вызывает ошибку. Обращение к функции MPI возможно только после выполнения инициализации.

Функции: int MPI_Barrier (MPI_Comm comm);

Функция реализует механизм барьерной синхронизации, все процессы, выполняющие данную функцию, будут его задерживать до тех пор, пока MPI_Barrier не будет выполнена всеми вызывающими ее процессами.

Int MPI_Bcast (void*buf,

Int count,

MPI_Datatype datatype,

Int source;

MPI_Comm comm.);

Buf-адрес канала буфера приема сообщения

Count – число переданных элементов сообщения

Datatype – тип элементов сообщения

Source – номер передающего процесса

Comm – идентификатор группы

Разрешается передача сообщения самому себе. Сообщение может иметь нулевую длину. Элементы сообщения могут иметь нулевую длину. Элементы сообщения располагаются друг за другом.

Получи ли адресаты это сообщение - неизвестно, но параметры, переданные заданной функцией, уже можно использовать, и это не будет некорректно. Значение параметров count, datatype, source должны быть одинаковыми у всех процессов.

Int MPI_Scatter (void*sbuf,

Int scount,

MPI_datatypes datatype,

Void*zbuf,

Int zcount,

MPI_datatype *datatype,

Int sourse,

MPI_Comm comm);

Sbuf –адрес начала буфера посылки сообщения

scount – число передаваемых элементов сообщения

sdatatypes – тип элементов сообщения

Void*zbuf - адрес канала буфера приема сообщения

Zcount - число переданных элементов сообщения

zdatatype - тип принятых элементов сообщения

sourse – номер посылаемого процесса

comm – идентификатор проги

Массив sbuf делится на n равные части, состоящие из элементов типа zdatatype, в каждую из которых входит scount элементов. Каждое i - ая порция посылается i_му процессу. Для процесса source должны быть определены все параметры. Для всех остальных процессов достаточно параметров zbuf, zcount, zdatatype, source и comm. Параметры source и comm. Должны быть одинаковыми для всех участвующих процессов.

Int MPI_Gather (void*sbuf,

int scount,

MPI _datatype sdatatype,

MPI _datatype zdatatype,

int dest,

MPI_comm comm);

Dest – номер собирающего процесса.

Каждый процесс, вызывающий функцию Gather, включая процесс dest, посылает содержимое своего буфера sbuf процессу dest. Сбор данных осуществляется в буфере rbufx собираемым процессом dest. Данные располагаются в порядке возрастания номеров процессов. Параметр rbuf имеет значения только у собирающего процесса. У остальных игнорируется, но значения параметров scount, rcount,sdatatype, rdatatype, а так же параметры dest должны быть идентичными у всех процессов группы.