Сумма массива с использованием MPI

Опубликовано: 4 Июля, 2021

Предварительное условие: MPI - Распределенные вычисления стали проще

Интерфейс передачи сообщений (MPI) - это библиотека процедур, которые можно использовать для создания параллельных программ на C или Fortran77. Он позволяет пользователям создавать параллельные приложения, создавая параллельные процессы и обмениваясь информацией между этими процессами.
MPI использует две основные процедуры связи:

MPI_Send , чтобы отправить сообщение другому процессу.
MPI_Recv , чтобы получить сообщение от другого процесса.

Синтаксис MPI_Send и MPI_Recv:

int MPI_Send (void * data_to_send, 
             int send_count, 
             MPI_Datatype send_type, 
             int destination_ID, 
             int тег, 
             MPI_Comm comm); 

int MPI_Recv (недействительно * полученные_данные, 
             int receive_count, 
             MPI_Datatype receive_type,
             int sender_ID, 
             int тег, 
             MPI_Comm comm, 
             MPI_Status * статус);

Чтобы уменьшить временную сложность программы, параллельное выполнение подмассивов выполняется параллельными процессами, работающими для вычисления их частичных сумм, а затем, наконец, главный процесс (корневой процесс) вычисляет сумму этих частичных сумм, чтобы вернуть общую сумму массив.

Примеры:

Ввод: {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
Выход: сумма массива 55

Ввод: {1, 3, 5, 10, 12, 20, 4, 50, 100, 1000}
Выход: сумма массива 1205

Примечание. Для выполнения следующей программы в вашей системе Linux должен быть установлен MPI. Для получения подробной информации, пожалуйста, обратитесь к MPI - Упрощение распределенных вычислений.

Скомпилируйте и запустите программу, используя следующий код:

mpicc имя_программы.c -o файл_объекта
mpirun -np [количество процессов] ./object_file

Ниже приведена реализация указанной выше темы:

 #include <mpi.h>
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <unistd.h>
 
// size of array
 #define n 10
 
int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
 
// Temporary array for slave process
 int a2[1000];
 
int main( int argc, char * argv[])
 {
 
    int pid, np,
        elements_per_process,
        n_elements_recieved;
    // np -> no. of processes
    // pid -> process id
 
    MPI_Status status;
 
    // Creation of parallel processes
    MPI_Init(&argc, &argv);
 
    // find out process ID,
    // and how many processes were started
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &pid);
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &np);
 
    // master process
    if (pid == 0) {
        int index, i;
        elements_per_process = n / np;
 
        // check if more than 1 processes are run
        if (np > 1) {
            // distributes the portion of array
            // to child processes to calculate
            // their partial sums
            for (i = 1; i < np - 1; i++) {
                index = i * elements_per_process;
 
                MPI_Send(&elements_per_process,
                         1, MPI_INT, i, 0,
                         MPI_COMM_WORLD);
                MPI_Send(&a[index],
                         elements_per_process,
                         MPI_INT, i, 0,
                         MPI_COMM_WORLD);
            }
 
            // last process adds remaining elements
            index = i * elements_per_process;
            int elements_left = n - index;
 
            MPI_Send(&elements_left,
                     1, MPI_INT,
                     i, 0,
                     MPI_COMM_WORLD);
            MPI_Send(&a[index],
                     elements_left,
                     MPI_INT, i, 0,
                     MPI_COMM_WORLD);
        }
 
        // master process add its own sub array
        int sum = 0;
        for (i = 0; i < elements_per_process; i++)
            sum += a[i];
 
        // collects partial sums from other processes
        int tmp;
        for (i = 1; i < np; i++) {
            MPI_Recv(&tmp, 1, MPI_INT,
                     MPI_ANY_SOURCE, 0,
                     MPI_COMM_WORLD,
                     &status);
            int sender = status.MPI_SOURCE;
 
            sum += tmp;
        }
 
        // prints the final sum of array
        printf ( "Sum of array is : %d
" , sum);
    }
    // slave processes
    else {
        MPI_Recv(&n_elements_recieved,
                 1, MPI_INT, 0, 0,
                 MPI_COMM_WORLD,
                 &status);
 
        // stores the received array segment
        // in local array a2
        MPI_Recv(&a2, n_elements_recieved,
                 MPI_INT, 0, 0,
                 MPI_COMM_WORLD,
                 &status);
 
        // calculates its partial sum
        int partial_sum = 0;
        for ( int i = 0; i < n_elements_recieved; i++)
            partial_sum += a2[i];
 
        // sends the partial sum to the root process
        MPI_Send(&partial_sum, 1, MPI_INT,
                 0, 0, MPI_COMM_WORLD);
    }
 
    // cleans up all MPI state before exit of process
    MPI_Finalize();
 
    return 0;
 }

Выход:

Сумма массива 55

Ниже приведен снимок процессов, вычисляющих свои частичные суммы:

Хотите учиться на лучших видео и практических задачах, ознакомьтесь с Базовым курсом C для базового и продвинутого C.

Статьи C

Сумма массива с использованием MPI

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ СТАТЬИ