Интерфейс передачи сообщений MPI
Атрибуты
Механизм назначения атрибутов является дополнительным средством обмена информацией между процессами.
Создание нового ключа атрибута keyval (выходной параметр)
int MPI_Keyval_create(MPI_Copy_function *copy_fn, MPI_Delete_function *delete_fn, int *keyval, void *extra_state) MPI_KEYVAL_CREATE(COPY_FN,DELETE_FN, KEYVAL, EXTRA_STATE, IERR)
Ключи уникальны для каждого процесса и не видны пользователю, хотя явным образом хранятся в виде целых значений. Будучи однажды задан, ключ может быть использован для задания атрибутов и доступа к ним в любом коммуникаторе. Функция copy_fn вызывается, когда коммуникатор дублируется подпрограммой MPI_Comm_dup, а функция delete_fn используется для удаления. Параметр extra_state задает дополнительную информацию (состояние) для функций копирования и удаления.
Задание типа функции MPI_Copy_function
typedef int MPI_Copy_function(MPI_Comm oldcomm, int keyval, void *extra_state, void *attribute_val_in, void *attribute_val_out, int *flag) SUBROUTINE COPY_FUNCTION(OLDCOMM, KEYVAL, EXTRA_STATE, ATTTRIBUTE_VAL_IN, ATTRIBUTE_VAL_OUT, FLAG, IERR)
Функция копирования вызывается для каждого значения ключа в исходном коммуникаторе в произвольном порядке. Каждое обращение к функции копирования выполняется со значением ключа и соответствующим ему атрибутом. Если она возвращает значение флага flag = 0, атрибут удаляется из продублированного коммуникатора. В противном случае ( flag = 1 ) устанавливается новое значение атрибута, равное значению, возвращенному в параметре attribute_val_out.
Функцию copy_fn в языках C или FORTRAN можно определить значениями MPI_NULL_COPY_FN или MPI_DUP_FN. Значение MPI_NULL_COPY_FN является функцией, которая не выполняет никаких действий, только возвращает значение флага flag = 0 и MPI_SUCCESS. Значение MPI_DUP_FN представляет собой простейшую функцию дублирования. Она возвращает значение флага flag = 1, значение атрибута в переменной attribute_val_out и код завершения MPI_SUCCESS.
Аналогичной copy_fn является функция удаления, которая определяется следующим образом. Функция delete_fn вызывается, когда коммуникатор удаляется вызовом MPI_Comm_free или при вызове MPI_Attr_delete. Она должна иметь тип MPI_Delete_function, который определяется следующим образом:
typedef int MPI_Delete_function(MPI_Comm comm, int keyval, void *attribute_val, void *extra_state); SUBROUTINE DELETE_FUNCTION(COMM, KEYVAL, ATTRIBUTE VAL, EXTRA STATE, IERR)
Эта функция вызывается подпрограммами MPI_Comm_free, MPI_Attr_delete и MPI_Attr_put. Функция удаления может быть "пустой" - MPI_NULL_DELETE_FN.
Функция MPI_NULL_DELETE_FN не выполняет никаких действий, возвращая только значение MPI_SUCCESS.
Специальное значение ключа MPI_KEYVAL_INVALID никогда не возвращается подпрограммой MPI_Keyval_create. Его можно использовать для инициализации ключей.
Удаление ключа keyval
int MPI_Keyval_free(int *keyval) MPI_KEYVAL_FREE(KEYVAL, IERR)
Эта функция присваивает параметру keyval значение MPI_KEYVAL_INVALID. Используемый атрибут можно удалить, поскольку фактическое удаление происходит только после того, как будут удалены все ссылки на атрибут. Эти ссылки должны быть явным образом удалены программой, например, посредством вызова MPI_Attr_delete - каждый такой вызов удаляет один экземпляр атрибута, либо вызовом MPI_Comm_free, который удаляет все экземпляры атрибута, связанные с удаляемым коммуникатором.
Задание атрибута attribute, который в дальнейшем может использоваться подпрограммой MPI_Attr_get
int MPI_Attr_put(MPI_Comm comm, int keyval, void* attribute) MPI_ATTR_PUT(COMM, KEYVAL, ATTRIBUTE, IERR)
С атрибутом ассоциируется значение ключа keyval. Если значение атрибута уже задано, результат будет аналогичен ситуации, когда сначала для удаления предыдущего значения вызывается MPI_Attr_delete (и выполняется функция обратного вызова delete_fn ), а затем сохраняется новое значение. Вызов завершится с ошибкой, если нет ключа со значением keyval. В частности, MPI_KEYVAL_INVALID - ошибочное значение ключа. Не допускается изменение системных атрибутов MPI_TAG_UB, MPI_HOST, MPI_IO и MPI_WTIME_IS_GLOBAL. Если атрибут уже назначен, вызывается функция удаления, заданная при создании соответствующего ключа.
Определение значения атрибута attribute, соответствующее значению ключа keyval
int MPI_Attr_get(MPI_Comm comm, int keyval, void *attribute, int *flag) MPI_ATTR_GET(COMM, KEYVAL, ATTRIBUTE, FLAG, IERR)
Первый параметр задает коммуникатор, с которым связан атрибут. Если ключа со значением keyval нет, возникает ошибка. Ошибки не возникает, если значение key существует, но соответствующий атрибут не присоединен к коммуникатору comm. В этом случае возвращается значение флага flag = false.
Вызов MPI_Attr_put передает в параметре attribute_val значение атрибута, а вызов подпрограммы MPI_Attr_get передает в параметре attribute_val адрес, по которому возвращается значение атрибута. Атрибуты должны извлекаться из программ, написанных на тех же языках, на которых они задавались с помощью вызова подпрограммы MPI_Attr_put.
Удаление атрибута с указанным значением ключа
int MPI_Attr_delete(MPI_Comm comm, int keyval) MPI_ATTR_DELETE(COMM, KEYVAL, IERR)
Делается это с помощью функции удаления атрибута delete_fn, заданной при создании keyval. Параметр comm задает коммуникатор, с которым связан атрибут. Все аргументы данной подпрограммы входные. При любом дублировании коммуникатора с помощью подпрограммы MPI_Comm_dup вызываются все функции копирования для атрибутов, установленных в данный момент времени. Порядок вызова произволен. Аналогичные действия выполняются при удалении коммуникатора вызовом MPI_Comm_free, но вызываются все функции удаления.
Реализации MPI
Существуют различные реализации MPI. Среди них MPICH ( MPI CHameleon, www.mcs.anl.gov) - свободно распространяемая реализация MPI с открытым кодом; LAM ( Local Area Multicomputer ) - еще одна реализация MPI (www.lam-mpi.org); Microsoft 
MPI и Intel MPI и т. д.
Существуют реализации MPI, ориентированные на работу в среде грид.
Новое в спецификации MPI-2
В спецификации MPI-2 появились новые возможности, превратившие MPI в ещё более гибкий инструмент разработки параллельных программ.
Вот краткий перечень новых (по сравнению с MPI-1 ) возможностей:
- возможность запуска новых процессов во время выполнения MPI- программы;
- односторонние двухточечные обмены;
- параллельные операции ввода-вывода;
- модифицированные привязки к языкам;
- новые предопределённые типы данных;
- расширенные возможности коллективных обменов;
- внешние интерфейсы;
- поддержка многопоточности и другие.
Возможность запуска новых процессов во время выполнения MPI-программы
В MPI-1 параллельная программа запускается в определённом и фиксированном количестве процессов. Это не позволяет приложению, например, "подстраиваться" под изменяющуюся трудоёмкость расчёта. В то же время такой инструмент параллельного программирования как PVM поддерживает возможность динамического изменения числа процессов параллельного приложения. Эта возможность появилась в MPI-2.
Дополнительный процесс (несколько процессов) может быть запущен во время выполнения программы. Процесс может быть также остановлен.
Запуск одного процесса
int MPI_Comm_spawn(char *command, char *argv[], int maxprocs, MPI_Info info, int root, MPI_Comm comm, MPI_Comm *intercomm, int array_of_errcodes[]) MPI_Comm_spawn(command, argv, maxprocs, info, root, comm, intercomm, array_of_errcodes, ierror)
Входные параметры:
- command - командная строка запуска процесса;
- argv - аргументы командной строки запуска процесса;
- maxprocs - максимальное количество запускаемых процессов;
- info - указывает системе как и где запускается процесс;
- root - ранг главного процесса.
Выходные параметры:
- intercomm - интеркоммуникатор между исходной группой процессов и вновь запущенными процессами;
- array_of_errcodes - коды завершения для запущенных процессов.
При запуске группы процессов для них создаётся собственный коммуникатор MPI_COMM_WORLD, отличный от такого же для родительских процессов. Это коллективная операция. Она завершается после того, как во всех дочерних процессах состоится вызов MPI_Init. Завершение данного вызова в родительском процессе не означает, что в дочерних процессах завершены все вызовы MPI_Init.
Интеркоммуникатор intercomm содержит родительский процесс в локальной группе и дочерние процессы.
Командная строка запуска дочернего процесса представляет собой строку, содержащую имя исполняемого файла.
Дочерний процесс обязательно должен вызывать MPI_Init, иначе результат не определён.
Аргумент argv является массивом строковых значений, представляющих аргументы запускаемых программ.
При вызове MPI_Comm_spawn предпринимается попытка запустить maxprocs процессов. Если какой-то процесс не может быть запущен, возвращается значение MPI_ERR_SPAWN.
Аргумент info создаётся вызовом специальной подпрограммы MPI_Info_create.
В том случае, когда необходимо запустить несколько разных исполняемых файлов или один файл,но с разными параметрами, можно использовать подпрограмму MPI_Comm_spawn_multiple.
Опуская подробное описание её параметров, приведём интерфейс:
Запуск нескольких процессов
int MPI_Comm_spawn_multiple(int count, char *array_of_commands[], char **array_of_argv[], int array_of_maxprocs[], MPI_Info array_of_info[], int root, MPI_Comm comm, MPI_Comm *intercomm, int array_of_errcodes[]) MPI Comm_spawn_multiple(count, array_of_commands, array_of_argv, array_of_ maxprocs, array_of_info, root, comm, intercomm, array_of_errcodes, ierror)
Подпрограмма MPI_Get_parent возвращает родительский интеркоммуникатор вызывающего процесса:
Определение родительского интеркоммуникатора
int MPI_Comm_get_parent(MPI_Comm *parent) MPI_Comm_get_parent(parent, ierr)
Если данный процесс не является дочерним по отношению к какому-либо другому процессу, возвращается значение "пустого" коммуникатора MPI_COMM_NULL.
Взаимодействие между группами процессов
MPI-2 допускает организацию обмена сообщениями между группами процессов, которые запущены независимо друг от друга. Это позволяет, например, "подключиться" к параллельной программе приложению, выполняющему обработку данных. Данная возможность полезна при создании клиент-серверных приложений и в других ситуациях.
Основные механизмы взаимодействия:
- связь по имени;
- связь через порт.
Программная реализация взаимодействия - в функциях:
- MPI_Open_port
- MPI_Close_port
- MPI_Comm_accept
- MPI_Publish_name
- MPI_Unpublish_name
- MPI_Lookup_name и других подпрограммах.