如何通过 MPI 加速这个问题

Question

(1).我想知道如何使用 MPI 加快下面代码循环中的耗时计算？

 int main(int argc, char ** argv)   
 {   
 // some operations           
 f(size);           
 // some operations         
 return 0;   
 }   

 void f(int size)   
 {   
 // some operations          
 int i;           
 double * array =  new double [size];           
 for (i = 0; i < size; i++) // how can I use MPI to speed up this loop to compute all elements in the array?   
 {   
 array[i] = complicated_computation(); // time comsuming computation   
 }           
 // some operations using all elements in array           
 delete [] array;  
 }

如代码所示，我想在与MPI并行的部分之前和之后进行一些操作，但我不知道如何指定并行部分的开始和结束位置。

(2)我当前的代码正在使用OpenMP来加速计算。

 void f(int size)   
 {   
 // some operations           
 int i;           
 double * array =  new double [size];   
 omp_set_num_threads(_nb_threads);  
 #pragma omp parallel shared(array) private(i)  
 {
 #pragma omp for schedule(dynamic) nowait          
 for (i = 0; i < size; i++) // how can I use MPI to speed up this loop to compute all elements in the array?   
 {   
 array[i] = complicated_computation(); // time comsuming computation   
 }          
 } 
 // some operations using all elements in array           
 }

我想知道如果我改用MPI，是否可以同时为OpenMP和MPI编写代码？如果可以的话，代码怎么写，怎么编译运行代码？

（3）我们的集群有三个版本的MPI：mvapich-1.0.1、mvapich2-1.0.3、openmpi-1.2.6。 他们的用法一样吗？特别是就我而言。 哪一款最适合我使用？

谢谢和问候！

---

更新：

我想更多地解释一下我的问题，即如何指定并行部分的开始和结束。在下面的玩具代码中，我想限制函数 f() 内的并行部分：

#include "mpi.h"  
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  

void f();

int main(int argc, char **argv)  
{  
printf("%s\n", "Start running!");  
f();  
printf("%s\n", "End running!");  
return 0;  
}  


void f()  
{  
char idstr[32]; char buff[128];  
int numprocs; int myid; int i;  
MPI_Status stat;  

printf("Entering function f().\n");

MPI_Init(NULL, NULL);  
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&numprocs);  
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&myid);  

if(myid == 0)  
{  
  printf("WE have %d processors\n", numprocs);  
  for(i=1;i<numprocs;i++)  
  {  
    sprintf(buff, "Hello %d", i);  
    MPI_Send(buff, 128, MPI_CHAR, i, 0, MPI_COMM_WORLD); }  
    for(i=1;i<numprocs;i++)  
    {  
      MPI_Recv(buff, 128, MPI_CHAR, i, 0, MPI_COMM_WORLD, &stat);  
      printf("%s\n", buff);  
    }  
}  
else  
{  
  MPI_Recv(buff, 128, MPI_CHAR, 0, 0, MPI_COMM_WORLD, &stat);  
  sprintf(idstr, " Processor %d ", myid);  
  strcat(buff, idstr);  
  strcat(buff, "reporting for duty\n");  
  MPI_Send(buff, 128, MPI_CHAR, 0, 0, MPI_COMM_WORLD);  
}  
MPI_Finalize();  

printf("Leaving function f().\n");  
}  

但是，运行输出不是预期的。并行部分之前和之后的 printf 部分已被每个进程执行，而不仅仅是主进程：

$ mpirun -np 3 ex2  
Start running!  
Entering function f().  
Start running!  
Entering function f().  
Start running!  
Entering function f().  
WE have 3 processors  
Hello 1 Processor 1 reporting for duty  

Hello 2 Processor 2 reporting for duty  

Leaving function f().  
End running!  
Leaving function f().  
End running!  
Leaving function f().  
End running!  

所以在我看来并行部分不限于 MPI_Init() 和 MPI_Finalize() 之间。

除了这个问题，我还希望有人能回答我的其他问题。谢谢！

Answer 1

快速编辑（因为我要么不知道如何留下评论，要么我还不允许留下评论）——3lectrologos 关于 MPI 程序的并行部分是不正确的。您不能在 MPI_Init 之前和 MPI_Finalize 之后执行串行工作并期望它实际上是串行的 - 它仍将由所有 MPI 线程执行。

我认为问题的一部分在于 MPI 程序的“并行部分”是整个程序。 MPI 将在您指定的每个节点上大约同时开始执行相同的程序（您的主函数）。 MPI_Init 调用只是为程序设置某些内容，以便它可以正确使用 MPI 调用。

我认为你想做的正确的“模板”（伪代码）是：

int main(int argc, char *argv[]) {
    MPI_Init(&argc, &argv);  
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&numprocs);  
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&myid);

    if (myid == 0) { // Do the serial part on a single MPI thread
        printf("Performing serial computation on cpu %d\n", myid);
        PreParallelWork();
    }

    ParallelWork();  // Every MPI thread will run the parallel work

    if (myid == 0) { // Do the final serial part on a single MPI thread
        printf("Performing the final serial computation on cpu %d\n", myid);
        PostParallelWork();
    }

    MPI_Finalize();  
    return 0;  
}  

Answer 2

MPI_Init（带有&argc 和&argv 参数。这是MPI 实现的要求）必须是MAIN 中第一个执行的语句。 Finalize 必须是最后执行的语句。

main() 将在 MPI 环境中的每个节点上启动。节点数、node_id 和主节点地址等参数可以通过 argc 和 argv 传递。

它的框架是：

#include "mpi.h"  
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  

void f();

int numprocs; int myid; 

int main(int argc, char **argv)  
{  

MPI_Init(&argc, &argv);  
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&numprocs);  
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&myid);  

if(myid == 0)  
{  /* main process. user interaction is ONLY HERE */

    printf("%s\n", "Start running!");  

    MPI_Send ... requests with job
    /*may be call f in main too*/
    MPU_Reqv ... results..
    printf("%s\n", "End running!");  
}
else
{

  /* Slaves. Do sit here and wait a job from main process */
  MPI_Recv(.input..);  
  /* dispatch input by parsing it 
    (if there can be different types of work)
    or just do the work */    
  f(..)
  MPI_Send(.results..);  
}

MPI_Finalize();  

return 0;  
}  

Answer 3

如果数组中的所有值都是独立的，那么它应该是可简单并行的。将数组拆分为大小大致相等的块，将每个块分配给一个节点，然后将结果编译回一起。

Answer 4

从 OpenMP 迁移到集群的最简单方法是来自英特尔的“Cluster OpenMP”。

对于 MPI，您需要完全重写工作分配。