Санкт-Петербургский государственный университет
Опубликован: 11.02.2010 | Доступ: свободный | Студентов: 515 / 87 | Оценка: 4.41 / 4.44 | Длительность: 08:19:00
Специальности: Программист
Лекция 3:

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 \text{\textregistered} MPI и Intel \text{\textregistered} 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.
Олег Корсак
Олег Корсак
Латвия, Рига
Сергей Шумейко
Сергей Шумейко
Россия, Владимир