Параллельное программирование с использованием технологии MPI

Пересылка разнотипных данных

Разбить на страницы
Показывать лекцию целиком

Под сообщением в MPI понимается массив однотипных данных, расположенных в последовательных ячейках памяти. Часто в программах требуются пересылки более сложных объектов данных, состоящих из разнотипных элементов или расположенных не в последовательных ячейках памяти. В этом случае можно либо посылать данные небольшими порциями расположенных подряд элементов одного типа, либо использовать копирование данных перед отсылкой в некоторый промежуточный буфер. Оба варианта являются достаточно неудобными и требуют дополнительных затрат как времени, так и оперативной памяти.

Для пересылки разнотипных данных в MPI предусмотрены два специальных способа:

  • Производные типы данных;
  • Упаковка данных.
    •

    Производные типы данных

    Производные типы данных создаются во время выполнения программы с помощью процедур-конструкторов на основе существующих к моменту вызова конструктора типов данных.

    Создание типа данных состоит из двух этапов:

  • Конструирование типа.
  • Регистрация типа.
    •

    После регистрации производный тип данных можно использовать наряду с предопределенными типами в операциях пересылки, в том числе и в коллективных операциях. После завершения работы с производным типом данных его рекомендуется аннулировать. При этом все произведенные на его основе новые типы данных остаются и могут использоваться дальше.

    Производный тип данных характеризуется последовательностью базовых типов данных и набором целочисленных значений смещения элементов типа относительно начала буфера обмена. Смещения могут быть как положительными, так и отрицательными, не обязаны различаться, не требуется их упорядоченность. Таким образом, последовательность элементов данных в производном типе может отличаться от последовательности исходного типа, а один элемент данных может встречаться в конструируемом типе многократно.

    MPI_TYPE_CONTIGUOUS(COUNT, TYPE, NEWTYPE, IERR)
  INTEGER COUNT, TYPE, NEWTYPE, IERR

    Создание нового типа данных NEWTYPE, состоящего из COUNT последовательно расположенных элементов базового типа данных TYPE. Фактически создаваемый тип данных представляет массив данных базового типа как отдельный объект.

    В следующем примере создается новый тип данных newtype, который в дальнейшем (после регистрации типа) может использоваться для пересылки пяти расположенных подряд целых чисел.

    call MPI_TYPE_CONTIGUOUS(5, MPI_INTEGER, newtype, ierr)
MPI_TYPE_VECTOR(COUNT, BLOCKLEN, STRIDE, TYPE, NEWTYPE, IERR) 
 INTEGER COUNT, BLOCKLEN, STRIDE, TYPE, NEWTYPE, IERR

    Создание нового типа данных NEWTYPE, состоящего из COUNT блоков по BLOCKLEN элементов базового типа данных TYPE. Следующий блок начинается через STRIDE элементов базового типа данных после начала предыдущего блока.

    В следующем примере создается новый тип данных newtype, который после регистрации может быть использован для пересылки как единого целого шести элементов данных, которые можно представить следующим образом (тип элемента данных, количество элементов данных от начала буфера посылки):

    {(MPI_REAL, 0), (MPI_REAL, 1), (MPI_REAL, 2), (MPI_REAL, 5), (MPI_REAL, 6), (MPI_REAL, 7)}
count = 2 blocklen = 3 stride = 5
call MPI_TYPE_VECTOR(count, blocklen, stride,
  MPI_REAL, newtype, ierr)
MPI_TYPE_HVECTOR(COUNT, BLOCKLEN, STRIDE, TYPE, NEWTYPE, IERR) INTEGER COUNT,
 BLOCKLEN, STRIDE, TYPE, NEWTYPE, IERR

    Создание нового типа данных NEWTYPE, состоящего из COUNT блоков по BLOCKLEN элементов базового типа данных TYPE. Следующий блок начинается через STRIDE байт после начала предыдущего блока.

    MPI_TYPE_INDEXED(COUNT, BLOCKLENS, DISPLS, TYPE, NEWTYPE, IERR) 
 INTEGER COUNT, BLOCKLENS(*), DISPLS(*), TYPE, NEWTYPE, IERR

    Создание нового типа данных NEWTYPE, состоящего из COUNT блоков по BLOCKLENS (I) элементов базового типа данных. I-й блок начинается через DISPLS (i) элементов базового типа данных с начала буфера посылки. Полученный тип данных можно считать обобщением векторного типа.

    В следующем примере задается тип данных newtype для описания нижнетреугольной матрицы типа double precision (при этом учитывается, что в языке Фортран массивы хранятся по столбцам).

    do i = 1, n
blocklens (i) = n-i + 1
displs(i) = n*(i-1)+i-1 end do call MPI_TYPE_INDEXED(n, blocklens, displs,
MPI_DOUBLE_PRECISION, newtype, ierr)
MPI_TYPE_HINDEXED(COUNT, BLOCKLENS, DISPLS, TYPE, NEWTYPE, IERR)
  INTEGER COUNT, BLOCKLENS(*), DISPLS(*), TYPE, NEWTYPE, IERR

    Создание нового типа данных NEWTYPE, состоящего из COUNT блоков по BLOCKLENS (I) элементов базового типа данных. I-й блок начинается через DISPLS (I) байт с начала буфера посылки.

    MPI_TYPE_STRUCT(COUNT, BLOCKLENS, DISPLS, TYPES, NEWTYPE, IERR)
  INTEGER COUNT, BLOCKLENS(*), DISPLS(*), TYPES(*), NEWTYPE, IERR

    Создание структурного типа данных NEWTYPE из COUNT блоков по BLOCKLENS (i) элементов типа TYPES (I) . I-й блок начинается через DISPLS (I) байт с начала буфера посылки.

    В следующем примере создается новый тип данных newtype, который после регистрации может быть использован для пересылки как единого целого пяти элементов данных, которые можно представить следующим образом (тип элемента данных, количество байт от начала буфера посылки):

    {(MPI_DOUBLE_PRECISION, 0), (MPI_DOUBLE_PRECISION, 8), (MPI_DOUBLE_PRECISION, 16),
 (MPI_CHARACTER, 24), (MPI_CHARACTER, 25)}
blocklens(1) = 3 blocklens(2) = 2
types(1) = MPI_DOUBLE_PRECISION types(2) = MPI_CHARACTER displs(1) = 0 displs(2) = 24
call MPI_TYPE_STRUCT(2, blocklens, displs, types,
 newtype, ierr)
MPI_TYPE_COMMIT(DATATYPE, IERR) INTEGER DATATYPE, IERR

    Регистрация созданного производного типа данных DATATYPE. После регистрации этот тип данных можно использовать в операциях обмена наравне с предопределенными типами данных. Предопределенные типы данных регистрировать не нужно.

    MPI_TYPE_FREE(DATATYPE, IERR) INTEGER DATATYPE, IERR

    Аннулирование производного типа данных DATATYPE. Параметр DATATYPE устанавливается в значение MPI_DATATYPE_NULL. Гарантируется, что любой начатый обмен, использующий данные аннулируемого типа, будет нормально завершен. При этом производные от DATATYPE типы данных остаются и могут использоваться дальше. Предопределенные типы данных не могут быть аннулированы.

    MPI_TYPE_SIZE(DATATYPE, SIZE, IERR) INTEGER DATATYPE, SIZE, IERR

    Определение размера SIZE типа данных DATATYPE в байтах (объема памяти, занимаемого одним элементом данного типа).

    MPI_ADDRESS(LOCATION, ADDRESS, IERR) 
 <type> LOCATION(*) INTEGER ADDRESS, IERR

    Определение абсолютного байт-адреса ADDRESS размещения массива LOCATION в оперативной памяти компьютера. Адрес отсчитывается от базового адреса, значение которого содержится в системной константе MPI_BOTTOM. Процедура позволяет определять абсолютные адреса объектов как в языке Фортран, так и в Си, хотя в Си для этого предусмотрены иные средства. В языке Си параметр ADDRESS имеет тип MPi_Aint.

    В следующем примере описывается новый тип данных newtype, который после регистрации используется для пересылки как единого целого двух элементов данных типов double precision и character (1). В качестве адреса буфера посылки используется базовый адрес MPI_BOTTOM, а для определения смещений элементов данных datl и dat2 используются вызовы процедуры MPI_ADDRESS. Перед пересылкой новый тип регистрируется при помощи вызова процедуры MPI_TYPE_COMMIT. Заметим, что пересылается один элемент данных производного типа, хотя он и состоит из двух разнотипных элементов.

    blocklens(1) = 1
blocklens(2) = 1
types(1) = MPI_DOUBLE_PRECISION
types(2) = MPI_CHARACTER
call MPI_ADDRESS(dat1, address(1), ierr)
displs(1) = address(1)
call MPI_ADDRESS(dat2, address(2), ierr)
displs(2) = address(2)
call MPI_TYPE_STRUCT(2, blocklens, displs, types,
 newtype, ierr)
call MPI_TYPE_COMMIT(newtype, ierr)
call MPI_SEND(MPI_BOTTOM, 1, newtype, dest, tag,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
MPI_TYPE_LB(DATATYPE, DISPL, IERR) INTEGER DATATYPE, DISPL, IERR

    Определение смещения DISPL В байтах нижней границы элемента типа данных DATATYPE от начала буфера данных.

    MPI_TYPE_UB(DATATYPE, DISPL, IERR) INTEGER DATATYPE, DISPL, IERR

    Определение смещения DISPL В байтах верхней границы элемента типа данных DATATYPE от начала буфера данных.

    MPI_TYPE_EXTENT(DATATYPE, EXTENT, IERR) INTEGER DATATYPE, EXTENT, IERR

    Определение диапазона EXTENT (разницы между верхней и нижней границами элемента данного типа) типа данных DATATYPE В байтах.

    В следующем примере производный тип данных используется для перестановки столбцов матрицы в обратном порядке. Тип данных matr_rev, создаваемый процедурой MPI_TYPE_VECTOR, описывает локальную часть матрицы данного процесса в переставленными в обратном порядке столбцами. После регистрации этот тип данных может использоваться при пересылке. Программа работает правильно, если размер матрицы N делится нацело на число процессов приложения.

    program example19
include 'mpif.h'
integer ierr, rank, size, N, nl
parameter (N = 8)
double precision a(N, N), b(N, N)
call MPI_INIT(ierr)
call MPI_COMM_SIZE(MPI_COMM_WORLD, size, ierr)
call MPI_COMM_RANK(MPI_COMM_WORLD, rank, ierr)
nl = (N-1)/size+1
call work (a, b, N, nl, size, rank)
call MPI_FINALIZE(ierr)
end
subroutine work(a, b, n, nl, size, rank) include 'mpif.h'
integer ierr, rank, size, n, nl, ii, matr_rev
  double precision a(n, nl), b(n, nl) integer i, j,
 status(MPI_STATUS_SIZE) do j = 1, nl do i = 1, n
b(i,j) = 0.d0 ii = j+rank*nl a(i,j) = 100*ii+i enddo enddo
call MPI_TYPE_VECTOR(nl, n, -n, MPI_DOUBLE_PRECISION,
 matr_rev, ierr)
call MPI_TYPE_COMMIT(matr_rev, ierr)
call MPI_SENDRECV(a(1, nl), 1, MATR_REV, size-rank-1, 1,
 b, nl*n, MPI_DOUBLE_PRECISION,
 size-rank-1, 1, MPI_COMM_WORLD,
 status, ierr)
do j = 1, nl do i = 1, n
print *, 'process ', rank, ': ',
 j+rank*nl, ' ', i, a(i,j), ' ', b(i,j)
enddo enddo end

    Упаковка данных

    Для пересылок разнородных данных наряду с созданием производных типов можно использовать операции упаковки и распаковки данных. Разнородные или расположенные не в последовательных ячейках памяти данные помещаются в один непрерывный буфер, пересылается, а потом полученное сообщение снова распределяется по нужным ячейкам памяти.

    MPI_PACK(INBUF, INCOUNT, DATATYPE, OUTBUF, OUTSIZE, POSITION, COMM, IERR)
<type> INBUF(*), OUTBUF(*)
INTEGER INCOUNT, DATATYPE, OUTSIZE, POSITION, COMM, IERR

    Упаковка INCOUNT элементов типа DATATYPE из массива INBUF в массив OUTBUF со сдвигом POSITION байт от начала массива. Буфер OUTBUF должен содержать по крайней мере OUTSIZE байт. После выполнения процедуры параметр POSITION увеличивается на число байт, равное размеру записи. Параметр сомм указывает на коммуникатор, в котором в дальнейшем будет пересылаться сообщение. Для пересылки упакованных данных используется тип данных MPI_PACKED.

    MPI_UNPACK(INBUF, INSIZE, POSITION, OUTBUF, 
 OUTCOUNT, DATATYPE, COMM, IERR)
<type> INBUF(*), OUTBUF(*)
INTEGER INSIZE, POSITION, OUTCOUNT, DATATYPE, COMM, IERR

    Распаковка OUTCOUNT элементов типа DATATYPE из массива INBUF со сдвигом POSITION байт от начала массива в массив OUTBUF. Массив INBUF имеет размер не менее INSIZE байт.

    MPI_PACK_SIZE(INCOUNT, DATATYPE, COMM, SIZE, IERR)
  INTEGER INCOUNT, DATATYPE, COMM, SIZE, IERR

    Определение необходимого объема памяти SIZE (в байтах) для упаковки INCOUNT элементов типа DATATYPE. Необходимый для упаковки размер может превышать сумму размеров пакуемых элементов данных.

    В следующем примере массив buf используется в качестве буфера для упаковки 10 элементов массива а типа real и 10 элементов массива b типа character. Полученное сообщение пересылается процедурой MPI_BCAST ОТ процесса о всем остальным процессам, полученное сообщение распаковывается при помощи вызовов процедур MPI_UNPACK.

    program example2 0
include  'mpif.h'
integer ierr, rank, position
real a(10)
character b(10), buf(100)
call MPI_INIT(ierr)
call MPI_COMM_RANK(MPI_COMM_WORLD, rank, ierr)
do i = 1, 10
a(i) = rank + 1.0
if(rank .eq. 0) then b(i) = 'a'
else
b(i) = 'b'
end if end do position=0
if(rank .eq. 0) then
call MPI_PACK(a, 10, MPI_REAL, buf, 100, position,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
call MPI_PACK(b, 10, MPI_CHARACTER, buf, 100, position,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
call MPI_BCAST(buf, 100, MPI_PACKED, 0,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
else
call MPI_BCAST(buf, 100, MPI_PACKED, 0,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
position=0
call MPI UNPACK(buf, 100, position, a, 10, MPI_REAL,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
call MPI UNPACK(buf, 100, position, b, 10,
 MPI_CHARACTER, MPI_COMM_WORLD, ierr)
end if
print *, 'procecc ', rank, ' a=', a, ' b=', b call MPI_FINALIZE(ierr) end

    Задания

  • Создать производный тип данных для пересылок диагональной матрицы.

    Как соотносятся значения, возвращаемые процедурами MPI_TYPE_SIZE и MPI_TYPE_EXTENT?

  • Можно ли использовать производные типы данных без вызова процедуры MPI_TYPE_COMMIT?
  • Переслать нулевому процессу от всех процессов приложения структуру, состоящую из ранга процесса и названия узла, на котором данный процесс запущен (полученного с помощью процедуры MPI_GET_PROCESSOR_NAME ).
  • Прямоугольная матрица распределена по процессам по строкам. Переставить строки матрицы в обратном порядке, используя для пересылок производный тип данных.
  • Сделать предыдущую задачу с использованием пересылок упакованных данных.
  • В чем преимущества и недостатки использования пересылок упакованных данных по сравнению с пересылками данных производных типов?
  • Написать программу транспонирования матрицы с использованием производных типов данных.
    •
    Страницы:

    Под сообщением в MPI понимается массив однотипных данных, расположенных в последовательных ячейках памяти. Часто в программах требуются пересылки более сложных объектов данных, состоящих из разнотипных элементов или расположенных не в последовательных ячейках памяти. В этом случае можно либо посылать данные небольшими порциями расположенных подряд элементов одного типа, либо использовать копирование данных перед отсылкой в некоторый промежуточный буфер. Оба варианта являются достаточно неудобными и требуют дополнительных затрат как времени, так и оперативной памяти.

    Для пересылки разнотипных данных в MPI предусмотрены два специальных способа:

  • Производные типы данных;
  • Упаковка данных.
    •

    Производные типы данных

    Производные типы данных создаются во время выполнения программы с помощью процедур-конструкторов на основе существующих к моменту вызова конструктора типов данных.

    Создание типа данных состоит из двух этапов:

  • Конструирование типа.
  • Регистрация типа.
    •

    После регистрации производный тип данных можно использовать наряду с предопределенными типами в операциях пересылки, в том числе и в коллективных операциях. После завершения работы с производным типом данных его рекомендуется аннулировать. При этом все произведенные на его основе новые типы данных остаются и могут использоваться дальше.

    Производный тип данных характеризуется последовательностью базовых типов данных и набором целочисленных значений смещения элементов типа относительно начала буфера обмена. Смещения могут быть как положительными, так и отрицательными, не обязаны различаться, не требуется их упорядоченность. Таким образом, последовательность элементов данных в производном типе может отличаться от последовательности исходного типа, а один элемент данных может встречаться в конструируемом типе многократно.

    MPI_TYPE_CONTIGUOUS(COUNT, TYPE, NEWTYPE, IERR)
  INTEGER COUNT, TYPE, NEWTYPE, IERR

    Создание нового типа данных NEWTYPE, состоящего из COUNT последовательно расположенных элементов базового типа данных TYPE. Фактически создаваемый тип данных представляет массив данных базового типа как отдельный объект.

    В следующем примере создается новый тип данных newtype, который в дальнейшем (после регистрации типа) может использоваться для пересылки пяти расположенных подряд целых чисел.

    call MPI_TYPE_CONTIGUOUS(5, MPI_INTEGER, newtype, ierr)
MPI_TYPE_VECTOR(COUNT, BLOCKLEN, STRIDE, TYPE, NEWTYPE, IERR) 
 INTEGER COUNT, BLOCKLEN, STRIDE, TYPE, NEWTYPE, IERR

    Создание нового типа данных NEWTYPE, состоящего из COUNT блоков по BLOCKLEN элементов базового типа данных TYPE. Следующий блок начинается через STRIDE элементов базового типа данных после начала предыдущего блока.

    В следующем примере создается новый тип данных newtype, который после регистрации может быть использован для пересылки как единого целого шести элементов данных, которые можно представить следующим образом (тип элемента данных, количество элементов данных от начала буфера посылки):

    {(MPI_REAL, 0), (MPI_REAL, 1), (MPI_REAL, 2), (MPI_REAL, 5), (MPI_REAL, 6), (MPI_REAL, 7)}
count = 2 blocklen = 3 stride = 5
call MPI_TYPE_VECTOR(count, blocklen, stride,
  MPI_REAL, newtype, ierr)
MPI_TYPE_HVECTOR(COUNT, BLOCKLEN, STRIDE, TYPE, NEWTYPE, IERR) INTEGER COUNT,
 BLOCKLEN, STRIDE, TYPE, NEWTYPE, IERR

    Создание нового типа данных NEWTYPE, состоящего из COUNT блоков по BLOCKLEN элементов базового типа данных TYPE. Следующий блок начинается через STRIDE байт после начала предыдущего блока.

    MPI_TYPE_INDEXED(COUNT, BLOCKLENS, DISPLS, TYPE, NEWTYPE, IERR) 
 INTEGER COUNT, BLOCKLENS(*), DISPLS(*), TYPE, NEWTYPE, IERR

    Создание нового типа данных NEWTYPE, состоящего из COUNT блоков по BLOCKLENS (I) элементов базового типа данных. I-й блок начинается через DISPLS (i) элементов базового типа данных с начала буфера посылки. Полученный тип данных можно считать обобщением векторного типа.

    В следующем примере задается тип данных newtype для описания нижнетреугольной матрицы типа double precision (при этом учитывается, что в языке Фортран массивы хранятся по столбцам).

    do i = 1, n
blocklens (i) = n-i + 1
displs(i) = n*(i-1)+i-1 end do call MPI_TYPE_INDEXED(n, blocklens, displs,
MPI_DOUBLE_PRECISION, newtype, ierr)
MPI_TYPE_HINDEXED(COUNT, BLOCKLENS, DISPLS, TYPE, NEWTYPE, IERR)
  INTEGER COUNT, BLOCKLENS(*), DISPLS(*), TYPE, NEWTYPE, IERR

    Создание нового типа данных NEWTYPE, состоящего из COUNT блоков по BLOCKLENS (I) элементов базового типа данных. I-й блок начинается через DISPLS (I) байт с начала буфера посылки.

    MPI_TYPE_STRUCT(COUNT, BLOCKLENS, DISPLS, TYPES, NEWTYPE, IERR)
  INTEGER COUNT, BLOCKLENS(*), DISPLS(*), TYPES(*), NEWTYPE, IERR

    Создание структурного типа данных NEWTYPE из COUNT блоков по BLOCKLENS (i) элементов типа TYPES (I) . I-й блок начинается через DISPLS (I) байт с начала буфера посылки.

    В следующем примере создается новый тип данных newtype, который после регистрации может быть использован для пересылки как единого целого пяти элементов данных, которые можно представить следующим образом (тип элемента данных, количество байт от начала буфера посылки):

    {(MPI_DOUBLE_PRECISION, 0), (MPI_DOUBLE_PRECISION, 8), (MPI_DOUBLE_PRECISION, 16),
 (MPI_CHARACTER, 24), (MPI_CHARACTER, 25)}
blocklens(1) = 3 blocklens(2) = 2
types(1) = MPI_DOUBLE_PRECISION types(2) = MPI_CHARACTER displs(1) = 0 displs(2) = 24
call MPI_TYPE_STRUCT(2, blocklens, displs, types,
 newtype, ierr)
MPI_TYPE_COMMIT(DATATYPE, IERR) INTEGER DATATYPE, IERR

    Регистрация созданного производного типа данных DATATYPE. После регистрации этот тип данных можно использовать в операциях обмена наравне с предопределенными типами данных. Предопределенные типы данных регистрировать не нужно.

    MPI_TYPE_FREE(DATATYPE, IERR) INTEGER DATATYPE, IERR

    Аннулирование производного типа данных DATATYPE. Параметр DATATYPE устанавливается в значение MPI_DATATYPE_NULL. Гарантируется, что любой начатый обмен, использующий данные аннулируемого типа, будет нормально завершен. При этом производные от DATATYPE типы данных остаются и могут использоваться дальше. Предопределенные типы данных не могут быть аннулированы.

    MPI_TYPE_SIZE(DATATYPE, SIZE, IERR) INTEGER DATATYPE, SIZE, IERR

    Определение размера SIZE типа данных DATATYPE в байтах (объема памяти, занимаемого одним элементом данного типа).

    MPI_ADDRESS(LOCATION, ADDRESS, IERR) 
 <type> LOCATION(*) INTEGER ADDRESS, IERR

    Определение абсолютного байт-адреса ADDRESS размещения массива LOCATION в оперативной памяти компьютера. Адрес отсчитывается от базового адреса, значение которого содержится в системной константе MPI_BOTTOM. Процедура позволяет определять абсолютные адреса объектов как в языке Фортран, так и в Си, хотя в Си для этого предусмотрены иные средства. В языке Си параметр ADDRESS имеет тип MPi_Aint.

    В следующем примере описывается новый тип данных newtype, который после регистрации используется для пересылки как единого целого двух элементов данных типов double precision и character (1). В качестве адреса буфера посылки используется базовый адрес MPI_BOTTOM, а для определения смещений элементов данных datl и dat2 используются вызовы процедуры MPI_ADDRESS. Перед пересылкой новый тип регистрируется при помощи вызова процедуры MPI_TYPE_COMMIT. Заметим, что пересылается один элемент данных производного типа, хотя он и состоит из двух разнотипных элементов.

    blocklens(1) = 1
blocklens(2) = 1
types(1) = MPI_DOUBLE_PRECISION
types(2) = MPI_CHARACTER
call MPI_ADDRESS(dat1, address(1), ierr)
displs(1) = address(1)
call MPI_ADDRESS(dat2, address(2), ierr)
displs(2) = address(2)
call MPI_TYPE_STRUCT(2, blocklens, displs, types,
 newtype, ierr)
call MPI_TYPE_COMMIT(newtype, ierr)
call MPI_SEND(MPI_BOTTOM, 1, newtype, dest, tag,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
MPI_TYPE_LB(DATATYPE, DISPL, IERR) INTEGER DATATYPE, DISPL, IERR

    Определение смещения DISPL В байтах нижней границы элемента типа данных DATATYPE от начала буфера данных.

    MPI_TYPE_UB(DATATYPE, DISPL, IERR) INTEGER DATATYPE, DISPL, IERR

    Определение смещения DISPL В байтах верхней границы элемента типа данных DATATYPE от начала буфера данных.

    MPI_TYPE_EXTENT(DATATYPE, EXTENT, IERR) INTEGER DATATYPE, EXTENT, IERR

    Определение диапазона EXTENT (разницы между верхней и нижней границами элемента данного типа) типа данных DATATYPE В байтах.

    В следующем примере производный тип данных используется для перестановки столбцов матрицы в обратном порядке. Тип данных matr_rev, создаваемый процедурой MPI_TYPE_VECTOR, описывает локальную часть матрицы данного процесса в переставленными в обратном порядке столбцами. После регистрации этот тип данных может использоваться при пересылке. Программа работает правильно, если размер матрицы N делится нацело на число процессов приложения.

    program example19
include 'mpif.h'
integer ierr, rank, size, N, nl
parameter (N = 8)
double precision a(N, N), b(N, N)
call MPI_INIT(ierr)
call MPI_COMM_SIZE(MPI_COMM_WORLD, size, ierr)
call MPI_COMM_RANK(MPI_COMM_WORLD, rank, ierr)
nl = (N-1)/size+1
call work (a, b, N, nl, size, rank)
call MPI_FINALIZE(ierr)
end
subroutine work(a, b, n, nl, size, rank) include 'mpif.h'
integer ierr, rank, size, n, nl, ii, matr_rev
  double precision a(n, nl), b(n, nl) integer i, j,
 status(MPI_STATUS_SIZE) do j = 1, nl do i = 1, n
b(i,j) = 0.d0 ii = j+rank*nl a(i,j) = 100*ii+i enddo enddo
call MPI_TYPE_VECTOR(nl, n, -n, MPI_DOUBLE_PRECISION,
 matr_rev, ierr)
call MPI_TYPE_COMMIT(matr_rev, ierr)
call MPI_SENDRECV(a(1, nl), 1, MATR_REV, size-rank-1, 1,
 b, nl*n, MPI_DOUBLE_PRECISION,
 size-rank-1, 1, MPI_COMM_WORLD,
 status, ierr)
do j = 1, nl do i = 1, n
print *, 'process ', rank, ': ',
 j+rank*nl, ' ', i, a(i,j), ' ', b(i,j)
enddo enddo end

    Упаковка данных

    Для пересылок разнородных данных наряду с созданием производных типов можно использовать операции упаковки и распаковки данных. Разнородные или расположенные не в последовательных ячейках памяти данные помещаются в один непрерывный буфер, пересылается, а потом полученное сообщение снова распределяется по нужным ячейкам памяти.

    MPI_PACK(INBUF, INCOUNT, DATATYPE, OUTBUF, OUTSIZE, POSITION, COMM, IERR)
<type> INBUF(*), OUTBUF(*)
INTEGER INCOUNT, DATATYPE, OUTSIZE, POSITION, COMM, IERR

    Упаковка INCOUNT элементов типа DATATYPE из массива INBUF в массив OUTBUF со сдвигом POSITION байт от начала массива. Буфер OUTBUF должен содержать по крайней мере OUTSIZE байт. После выполнения процедуры параметр POSITION увеличивается на число байт, равное размеру записи. Параметр сомм указывает на коммуникатор, в котором в дальнейшем будет пересылаться сообщение. Для пересылки упакованных данных используется тип данных MPI_PACKED.

    MPI_UNPACK(INBUF, INSIZE, POSITION, OUTBUF, 
 OUTCOUNT, DATATYPE, COMM, IERR)
<type> INBUF(*), OUTBUF(*)
INTEGER INSIZE, POSITION, OUTCOUNT, DATATYPE, COMM, IERR

    Распаковка OUTCOUNT элементов типа DATATYPE из массива INBUF со сдвигом POSITION байт от начала массива в массив OUTBUF. Массив INBUF имеет размер не менее INSIZE байт.

    MPI_PACK_SIZE(INCOUNT, DATATYPE, COMM, SIZE, IERR)
  INTEGER INCOUNT, DATATYPE, COMM, SIZE, IERR

    Определение необходимого объема памяти SIZE (в байтах) для упаковки INCOUNT элементов типа DATATYPE. Необходимый для упаковки размер может превышать сумму размеров пакуемых элементов данных.

    В следующем примере массив buf используется в качестве буфера для упаковки 10 элементов массива а типа real и 10 элементов массива b типа character. Полученное сообщение пересылается процедурой MPI_BCAST ОТ процесса о всем остальным процессам, полученное сообщение распаковывается при помощи вызовов процедур MPI_UNPACK.

    program example2 0
include  'mpif.h'
integer ierr, rank, position
real a(10)
character b(10), buf(100)
call MPI_INIT(ierr)
call MPI_COMM_RANK(MPI_COMM_WORLD, rank, ierr)
do i = 1, 10
a(i) = rank + 1.0
if(rank .eq. 0) then b(i) = 'a'
else
b(i) = 'b'
end if end do position=0
if(rank .eq. 0) then
call MPI_PACK(a, 10, MPI_REAL, buf, 100, position,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
call MPI_PACK(b, 10, MPI_CHARACTER, buf, 100, position,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
call MPI_BCAST(buf, 100, MPI_PACKED, 0,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
else
call MPI_BCAST(buf, 100, MPI_PACKED, 0,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
position=0
call MPI UNPACK(buf, 100, position, a, 10, MPI_REAL,
 MPI_COMM_WORLD, ierr)
call MPI UNPACK(buf, 100, position, b, 10,
 MPI_CHARACTER, MPI_COMM_WORLD, ierr)
end if
print *, 'procecc ', rank, ' a=', a, ' b=', b call MPI_FINALIZE(ierr) end

    Задания

  • Создать производный тип данных для пересылок диагональной матрицы.

    Как соотносятся значения, возвращаемые процедурами MPI_TYPE_SIZE и MPI_TYPE_EXTENT?

  • Можно ли использовать производные типы данных без вызова процедуры MPI_TYPE_COMMIT?
  • Переслать нулевому процессу от всех процессов приложения структуру, состоящую из ранга процесса и названия узла, на котором данный процесс запущен (полученного с помощью процедуры MPI_GET_PROCESSOR_NAME ).
  • Прямоугольная матрица распределена по процессам по строкам. Переставить строки матрицы в обратном порядке, используя для пересылок производный тип данных.
  • Сделать предыдущую задачу с использованием пересылок упакованных данных.
  • В чем преимущества и недостатки использования пересылок упакованных данных по сравнению с пересылками данных производных типов?
  • Написать программу транспонирования матрицы с использованием производных типов данных.
    •
    Предыдущее занятие Следующее занятие
    Вернуться к учебному плану
    ^