Н., Пескова Е. Е., Шаманаев П. А. Основы параллельного программирования с использованием технологий mpi и openmp учебное пособие саранск издательство свмо 2013 2
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ С
жүктеу/скачать 6.58 Mb. Pdf көрінісі
|
| 2.
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ MPI 2.1 Основные понятия Наиболее распространенной технологией программирования параллельных компьютеров с распределенной памятью является технология MPI [2,10]. Основным способом взаимодействия параллельных процессов в таких системах является передача сообщений друг другу. Это и отражено в названии технологии – Message Passing Interface. Под параллельной программой в рамках MPI понимается множество одновременно выполняемых процессов. Процессы могут выполняться на разных процессорах, но на одном процессоре могут располагаться и несколько процессов (в этом случае их исполнение осуществляется в режиме разделения времени). В предельном случае для выполнения параллельной программы может использоваться один процессор – как правило, такой способ применяется для начальной проверки правильности параллельной программы. Каждый процесс параллельной программы порождается на основе копии одного и того же программного кода. Данный программный код, представленный в виде исполняемой программы, должен быть доступен в момент запуска параллельной программы на всех используемых процессорах. Исходный программный код для исполняемой программы разрабатывается на алгоритмических языках C или Fortran с применением той или иной реализации библиотеки MPI. Количество процессов и число используемых процессоров определяется в момент запуска параллельной программы средствами среды исполнения MPI программ и в ходе вычислений не может меняться без применения специальных, но редко задействуемых средств динамического порождения процессов и управления ими, появившихся в стандарте MPI версии 2.0. Все процессы программы последовательно перенумерованы от 0 до p1, где p есть общее количество процессов. Номер процесса именуется рангом процесса. Основу MPI составляют операции передачи сообщений. Среди предусмотренных в составе MPI функций различаются парные (pointtopoint) операции между двумя процессами и коллективные (collective) коммуникационные действия для одновременного взаимодействия нескольких процессов. 10 Для выполнения парных операций могут использоваться разные режимы передачи, среди которых синхронный, блокирующий и др. Процессы параллельной программы объединяются в группы. Другим важным понятием MPI, описывающим набор процессов, является понятие коммуникатора. Под коммуникатором в MPI понимается специально создаваемый служебный объект, который объединяет в своем составе группу процессов и ряд дополнительных параметров (контекст), используемых при выполнении операций передачи данных. Парные операции передачи данных выполняются только для процессов, принадлежащих одному и тому же коммуникатору. Коллективные операции применяются одновременно для всех процессов одного коммуникатора. Как результат, указание используемого коммуникатора является обязательным для операций передачи данных в MPI. В ходе вычислений могут создаваться новые и удаляться существующие группы процессов и коммуникаторы. Один и тот же процесс может принадлежать разным группам и коммуникаторам. Все имеющиеся в параллельной программе процессы входят в состав конструируемого по умолчанию коммуникатора с идентификатором MPI_COMM_WORLD. При выполнении операций передачи сообщений для указания передаваемых или получаемых данных в функциях MPI необходимо указывать тип пересылаемых данных. MPI содержит большой набор базовых типов данных, во многом совпадающих с типами данных в алгоритмических языках C и Fortran. Кроме того, в MPI имеются возможности создания новых производных типов данных для более точного и краткого описания содержимого пересылаемых сообщений. Итак, если сформулировать коротко, MPI – это библиотека функций, обеспечивающая взаимодействие параллельных процессов с помощью механизма передачи сообщений. Это библиотека, состоящая примерно из 130 функций, в число которых входят: Функции инициализации и закрытия MPI-процессов; Функции, реализующие парные операции; Функции, реализующие коллективные операции; Функции для работы с группами процессов и коммуникаторами; Функции для работы со структурами данных; Функции формирования топологии процессов. Изучение MPI начнем с рассмотрения базового набора функций, образующих минимально полный набор, достаточный для написания простейших программ. |