Интерфейс передачи сообщений MPI

Лабораторная работа 0.4 Производные типы в MPI

Производные типы

Производные типы данных создаются во время выполнения программы. Создание типа - двухступенчатый процесс, который состоит из двух шагов:

1. конструирование типа;
2. регистрация типа.

После завершения работы с производным типом, он аннулируется. При этом все производные от него типы остаются и могут использоваться дальше, пока и они не будут уничтожены. Последовательность удаления может быть любой.

Производные типы данных создаются из базовых типов с помощью подпрограмм-конструкторов. Операции создания производных типов могут применяться рекурсивно.

Производный тип данных в MPI характеризуется последовательностью базовых типов и набором целочисленных значений смещения. Смещения отсчитываются относительно начала буфера обмена и определяют те элементы данных, которые будут участвовать в обмене. Смещения могут принимать как положительные, так и отрицательные значения. Не требуется также, чтобы они были упорядочены (по возрастанию или по убыванию). Порядок элементов в производном типе может отличаться от исходного. Один элемент данных может появляться в новом типе многократно. Элементы могут и располагаться с разрывами и перекрываться между собой. Последовательность пар (тип, смещение) называется картой типа.

Подпрограмма MPI_Type_struct (см. Методическое пособие) является наиболее общим конструктором типа в MPI - программист может использовать полное описание каждого элемента типа. Если пересылаемые данные содержат подмножество элементов массива, такая детальная информация не нужна, поскольку у всех элементов один и тот же базовый тип. MPI содержит три конструктора, которые можно использовать в такой ситуации: MPI_Type_contiguous, MPI_Type_vector и MPI_Type_indexed. Первый из них создает производный тип, элементы которого являются непрерывно расположенными элементами массива. Второй создает тип, элементы которого расположены на одинаковых расстояниях друг от друга, а третий создает тип, содержащий произвольные элементы.

"Векторный" тип создается конструктором MPI_Type_vector. Схема расположения данных в новом типе представлена на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Схема векторного типа данных

Лабораторная работа

В заданиях лабораторной работы 0.4 предлагается дописать предлагаемые фрагменты программ на языке C, написанные с использованием процедур MPICH 1.2.7. Пропущенные фрагменты обозначены многоточием.

Необходимый для выполнения данной лабораторной работы справочный материал можно найти на стр. 55 - 60 методического пособия "Средства программирования для многопроцессорных вычислительных систем".

Задание 1

В программе на языке Fortran имеется трехмерный массив arr. Используя приведенный ниже шаблон, дополните программу таким образом, чтобы в ней определялся производный тип, соответствующий: а) горизонтальному сечению массива; б) вертикальному сечению массива. Затем сечение должно пересылаться от процесса с рангом 0 процессу с рангом 1. Откомпилировать и запустить программу.

program main_mpi
include  'mpif.h'
parameter  (n = 50)
real arr(n, n, n), b(...)
integer slice, sizeofreal
integer rank, ierr, status(MPI_STATUS_SIZE)
integer tag, cnt, vcount, blocklen, stride, count
cnt = ...
tag = 0
vcount = ...
blocklen = ...
call MPI_Init(ierr)
call MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, rank, ierr) 
if (rank.eq.0)   then
call MPI_Type_extent(MPI_REAL, sizeofreal, ierr) stride = ...
call MPI_Type_vector(...)
call MPI_Type_commit(slice, ierr)
call MPI_Send(arr (...),  cnt,  slice, 1, tag, MPI_COMM_WORLD, ierr) 
  else if (rank.eq.1)   
  then count = ...
call MPI_Recv(b, count,  MPI_REAL, 0, tag, MPI_COMM_WORLD, status,  ierr) 
print *,  b 
end if
call MPI_Finalize(ierr) end

Задание 2

В программе на языке C задаются типы членов производного типа, затем количество элементов каждого типа. После этого вычисляются адреса членов типа indata и определяются смещения трех членов производного типа относительно адреса первого, для которого смещение равно 0. Затем определяется производный тип. Аргументы подпрограмм MPI_Type_struct и MPI_Type_commit, а также некоторые другие фрагменты пропущены. Добавить эти фрагменты, откомпилировать и запустить программу.

#include "mpi.h" 
#include <stdio.h> 
struct newtype  
{
  Float a; float b; int n;
};

int main(int argc,char *argv[])
{
  int myrank;
  MPI_Datatype NEW_MESSAGE_TYPE; 
  int block_lengths[3] ; 
  MPI_Aint displacements[3]; 
  MPI_Aint addresses[4]; 
  MPI_Datatype typelist[3]; 
  int blocks_number; 
  struct newtype indata; 
  int tag = 0; 
  MPI_Status status;
  ...
  MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &myrank); 
  typelist[0] = MPI_FLOAT;
  typelist[1] = MPI_FLOAT; 
  typelist[2] = MPI_INT;
  block_lengths[0] = block_lengths[1] = block_lengths[2] = 1; 
  MPI_Address(&indata, &addresses[0]); 
  MPI_Address(&(indata.a), &addresses[1]); 
  MPI_Address(&(indata.b), &addresses[2]); 
  MPI_Address(&(indata.n), &addresses[3]); 
  displacements[0]  = addresses[1] - addresses[0]; 
  displacements[1]  = addresses[2] - addresses[0]; 
  displacements[2]  = addresses[3] - addresses[0]; 
  blocks_number = 3; 
  MPI_Type_struct(...); 
  MPI_Type_commit(...);

  if   (myrank == 0)
{
  indata.a = 3.14159; 
  indata.b = 2.71828; 
  indata.n = 2002;

  MPI_Send(&indata, 1,NEW_MESSAGE_TYPE, 1, tag, MPI_COMM_WORLD);
  printf("Process  %i  send:  %f  %f  %i\n", 
  myrank,  indata.a, indata.b, indata.n); 
}
  else {
  MPI_Recv(&indata, 1, NEW_MESSAGE_TYPE, 0, 
    tag, MPI_COMM_WORLD, &status);
  printf("Process %i received: %f %f %i, status %s\n", 
    myrank, indata.a,  indata.b,  indata.n,  status.MPI_ERROR);
}
  ...
  MPI_Finalize(); return 0;
}