MPI: Message Passing Interface

Σχετικά έγγραφα
Αρχιτεκτονική κοινής μνήμης

MPI: Message Passing Interface

Συστήµατα Παράλληλης Επεξεργασίας. Message Passing Interface (MPI)

MPI: Message Passing Interface

Message Passing Interface (MPI)

Message Passing Interface (MPI)

Message Passing Interface (MPI)

Message Passing Interface (MPI)

Το Message Passing Interface (MPI) και η υποστήριξή του στο EGEE Grid

Το Message Passing Interface (MPI) και η υποστήριξή του στο EGEE Grid

Το Message Passing Interface (MPI) και η υποστήριξή του στο EGEE Grid. Vangelis Koukis 01-GRNET and HG EKT admin team

Παράλληλος προγραµµατισµός


Συστήματα Παράλληλης & Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Συστήματα Παράλληλης & Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Συστήματα Παράλληλης & Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Συστήματα Παράλληλης & Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Συστήματα Παράλληλης & Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Συστήματα Παράλληλης & Κατανεμημένης Επεξεργασίας

ύο μηχανισμοί απαιτούνται: 1. Μία μέθοδος για τη δημιουργία διεργασιών

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Της φοιτήτριας Αριστέας Χρονοπούλου Αρ. Μητρώου: 01 / Επιβλέπων Καθηγητής Αθανάσιος Μάργαρης

Επιστημονικοί Υπολογισμοί - Μέρος ΙΙΙ: Παράλληλοι Υπολογισμοί

Probleme de transmitere în modul standard. MPI - Message Passing Interface. Comunicarea punct la punct

EM 361: Παράλληλοι Υπολογισμοί

Ε-85: Ειδικά Θέµατα Λογισµικού

Επικοινωνία. Message-Passing Interface (MPI) Βασικές Κλήσεις για Sockets. Μοντέλο Μεταβίβασης Μηνυµάτων. Μοντέλα Παράλληλου Υπολογισµού

Κατανεμημένος και Παράλληλος Προγραμματισμός MPI. MPI Απλές εντολές 03/13/2016. Οδηγίες αποστολής / παραλαβής μηνυμάτων, Υπολογισμός του π (

Τφποι δεδομζνων MPI. Κώςτασ Διαμαντάρασ Τμιμα Πλθροφορικισ ΤΕΙ Θεςςαλονίκθσ

Υπολογισμοί Μεταβίβασης Μηνυμάτων

Non-blocking Επικοινωνίεσ και Buffering. Κώςτασ Διαμαντάρασ ΤΕΙ Θεςςαλονίκθσ 2011

Εισαγωγή. E-03: Λειτουργικά Συστήµατα ΙΙ 6. Εαρινό Εξάµηνο SUN RPC. Κλήση Αποµακρυσµένων ιαδικασιών (RPC) Σύνδεση: Port Mapper.

Συστήματα Παράλληλης και Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Συστήματα Παράλληλης & Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Παράλληλα και Κατανεµηµένα Συστήµατα. Εισαγωγή

Προγραµµατισµός µε ανταλλαγή µηνυµάτων Ι. Εισαγωγή στο MPI. Εφαρµογές Ανεξάρτητου Παραλληλισµού.

Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Συστήματα Παράλληλης και Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Κεφάλαιο VIΙΙ Β. Δημακόπουλος

ΕΚΔΟΣΗ 1.0 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ, 2017 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤO MESSAGE PASSING INTERFACE - MPI ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Β. ΤΣΑΚΑΝΙΚΑΣ, Β.

MPI: Βαςικζσ Εντολζσ Επικοινωνίασ. Κώςτασ Διαμαντάρασ Τμιμα Πλθροφορικισ ΤΕΙ Θεςςαλονίκθσ 2011

Κατανεμημένος και Παράλληλος Προγραμματισμός MPI. Γρήγορος οδηγός αναφοράς 1/4/2017

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Μεταβίβαση μηνυμάτων. Κεφάλαιο 5 (νέο βιβλίο) Κεφάλαιο 8 (παλιές σημειώσεις)

Συστήματα Παράλληλης & Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Προγραμματισμός με Μεταβίβαση Μηνυμάτων

ΑΝΟΧΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΣΕ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ MPI ΠΟΥ ΑΚΟΛΟΥΘΟΥΝ ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ MASTER-WORKER Η ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ. Υποβάλλεται στην

2. Στοιχεία Αρχιτεκτονικής Παράλληλων Υπολογιστών... 45

Συστήματα Παράλληλης & Κατανεμημένης Επεξεργασίας

EM 361: Παξάιιεινη Υπνινγηζκνί

Κατανεμημένος και Παράλληλος Προγραμματισμός. Εισαγωγή στο MPI. Εγκατάσταση MPICH σε ένα ΗΥ 10/3/2017

Mονόπλευρες επικοινωνίες στο MPI-2

Ανταλλαγι Μθνυμάτων. Κϊςτασ Διαμαντάρασ Τμιμα Πλθροφορικισ ΤΕΙ Θεςςαλονίκθσ

30/4/2012 Συστήματα κατανεμημένης μνήμης και ο προγραμματισμός τους (Ι) Β. Δημακόπουλος

Παράλληλος προγραμματισμός: παράλληλες λ υπολογιστικές πλατφόρμες και ανάλυση προγραμμάτων

ΕΚΔΟΣΗ 1.0 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ, 2017 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ TARRY ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Β. ΤΣΑΚΑΝΙΚΑΣ, Β. ΤΑΜΠΑΚΑΣ

ΕΚΔΟΣΗ 1.1 ΑΠΡΙΛΙΟΣ, 2018 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ECHO ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Β. ΤΣΑΚΑΝΙΚΑΣ, Β. ΤΑΜΠΑΚΑΣ

Minimum Spanning Tree: Prim's Algorithm

Συστήματα Παράλληλης και Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Λειτουργικά Συστήματα 7ο εξάμηνο, Ακαδημαϊκή περίοδος

3/5/2012 Συστήματα κατανεμημένης μνήμης και ο προγραμματισμός τους (ΙI) Β. Δημακόπουλος

Παράλληλος προγραμματισμός: Σχεδίαση και υλοποίηση παράλληλων προγραμμάτων

Παράλληλος προγραμματισμός: Σχεδίαση και υλοποίηση παράλληλων προγραμμάτων

Περίληψη. Υπερυπολογιστές. Υπολογιστικά προβλήµατα. TOP 500 (Ιούνιος 2007) TOP 500 (Ιούνιος 2009) Ε-85: Ειδικά Θέµατα Λογισµικού

Network Algorithms and Complexity Παραλληλοποίηση του αλγορίθμου του Prim. Αικατερίνη Κούκιου

Εργαστήριο Λειτουργικών Συστημάτων 8o εξάμηνο, Ροή Υ, ΗΜΜΥ

Προγραμματισμός Ι (ΗΥ120)

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

ΕΚΔΟΣΗ 1.0 ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ, 2017 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΑ ΡΟΛΟΓΙΑ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Β. ΤΣΑΚΑΝΙΚΑΣ, Β. ΤΑΜΠΑΚΑΣ

ΕΚΔΟΣΗ 1.1 ΜΑΙΟΣ, 2018 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΚΛΟΓΗ ΑΡΧΗΓΟΥ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Β. ΤΣΑΚΑΝΙΚΑΣ, Β. ΤΑΜΠΑΚΑΣ

Λύβας Χρήστος Αρχική επιµέλεια Πιτροπάκης Νικόλαος και Υφαντόπουλος Νικόλαος

ΕΚΔΟΣΗ 1.1 ΜΑΙΟΣ, 2018 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ POLLING ΚΥΜΑΤΙΚΟΣ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΣ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Β. ΤΣΑΚΑΝΙΚΑΣ, Β.

Υ07 Παράλληλα Συστήματα /5/2016 Προγραμματισμός με μεταβίβαση μηνυμάτων

Παράλληλος προγραμματισμός: Σχεδίαση και υλοποίηση παράλληλων προγραμμάτων

Παράλληλη Επεξεργασία

Ε-85: Ειδικά Θέµατα Λογισµικού

Βιβλιοθήκες Αφηρημένοι τύποι δεδομένων. Προγραμματισμός II 1

Παράλληλη Επεξεργασία

Συστήματα Παράλληλης και Κατανεμημένης Επεξεργασίας

Τξ Message Passing Interface (MPI) και η σπξρςήοινή ςξσ ρςξ EGEE Grid. Vasileios Karakasis GRNET S.A., ICCS

Κατανεμημένος και Παράλληλος Προγραμματισμός

Κατανεμημένος και. Ηλίας Κ. Σάββας Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ, ΤΕΙ Θεσσαλίας

Δυναμική δέσμευση και αποδέσμευση μνήμης. Προγραμματισμός II 1

Εργαστήριο ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ - ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ

Δημιουργία & Τερματισμός Διεργασιών. Προγραμματισμός II 1

Διαφορές single-processor αρχιτεκτονικών και SoCs

Εισαγωγή στον Προγραμματισμό

Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Προγραμματισμός και Χρήση Ηλεκτρονικών Υπολογιστών - Βασικά Εργαλεία Λογισμικού

Σχεδίαση και Υλοποίηση Μηχανισμού Μεταφοράς Δεδομένων από Συσκευές Αποθήκευσης σε Δίκτυο Myrinet, Χωρίς τη Μεσολάβηση της Ιεραρχίας Μνήμης

Παράλληλη Επεξεργασία Κεφάλαιο 1 Γιατί Παράλληλος Προγραμματισμός;

Ανάπτυξη και Σχεδίαση Λογισμικού

Προγραμματισμός Ι. Είσοδος/Έξοδος. Δημήτρης Μιχαήλ. Ακ. Έτος Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεματικής Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο

Προγραμματισμός συστημάτων UNIX/POSIX

Ενδεικτικές λύσεις και στατιστικά

Εικονική Μνήμη (Virtual Memory) Προγραμματισμός II 1

Επιμερισμός δεδομένων

13.2 Παράλληλος Προγραµµατισµός Γλωσσάρι, Σελ. 1

Ανάπτυξη και Σχεδίαση Λογισμικού

Δημιουργία & Τερματισμός Διεργασιών. Προγραμματισμός II 1

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ Η/Υ Ακαδημαϊκό έτος ΤΕΤΡΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ #4

Εικονική Μνήμη (Virtual Memory) Προγραμματισμός II 1

Transcript:

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχ. και Μηχανικών Υπολογιστών Εργαστήριο Υπολογιστικών Συστημάτων MPI: Message Passing Interface 9ο Εξάμηνο

Αρχιτεκτονική κοινής μνήμης Οι επεξεργαστές έχουν κοινή μνήμη Κάθε επεξεργαστής διαθέτει τοπική ιεραρχία κρυφών μνημών Συνήθως η διασύνδεση γίνεται μέσω διαδρόμου μνήμης (memory bus) Αλλά και πιο εξελιγμένα δίκτυα διασύνδεσης Ομοιόμορφη ή μη-ομοιόμορφη προσπέλαση στη μνήμη (Uniform Memory Access UMA, Non-uniform Memory Access NUMA) Η κοινή μνήμη διευκολύνει τον παράλληλο προγραμματισμό Δύσκολα κλιμακώσιμη αρχιτεκτονική τυπικά μέχρι λίγες δεκάδες κόμβους (δεν κλιμακώνει το δίκτυο διασύνδεσης) 2

Αρχιτεκτονική κατανεμημένης μνήμης Κάθε επεξεργαστής έχει τη δική του τοπική μνήμη και ιεραρχία τοπικών μνημών Διασυνδέεται με τους υπόλοιπους επεξεργαστές μέσω δικτύου διασύνδεσης Η κατανεμημένη μνήμη δυσκολεύει τον προγραμματισμό Η αρχιτεκτονική κλιμακώνει σε χιλιάδες υπολογιστικούς κόμβους 3

Υβριδική αρχιτεκτονική Συνδυάζει τις δύο παραπάνω αρχιτεκτονικές: κόμβοι με αρχιτεκτονική κοινής μνήμης διασυνδέονται με ένα δίκτυο διασύνδεσης σε αρχιτεκτονική κατανεμημένης μνήμης Τυπική αρχιτεκτονική των σύγχρονων συστοιχιώνυπερυπολογιστών 4

Παραδοσιακά προγραμματιστικά μοντέλα Κοινός χώρος διευθύνσεων (shared address space) Οι διεργασίες έχουν πρόσβαση σε κοινό χώρο διευθύνσεων Χρησιμοποιούνται κανονικές εντολές ανάγνωσης / εγγραφής Πιθανόν απαιτείται κάποια αρχικοποίηση του κοινού χώρου διευθύνσεων Οι διευθύνσεις μπορεί να αφορούν: Φυσικά κοινή μνήμη Φυσικά κατανεμημένη μνήμη (απαιτείται στρώμα υλικού ή λογισμικού) Ανταλλαγή μηνυμάτων (message passing) Δεν υπάρχουν κοινά δεδομένα Πρόσβαση σε δεδομένα που κατέχει άλλη διεργασία γίνεται με ρητές κλήσεις σε συναρτήσεις αποστολής / λήψης 5

Ανταλλαγή μηνυμάτων 6

Ανταλλαγή μηνυμάτων 7

Ανταλλαγή μηνυμάτων 8

Ανταλλαγή μηνυμάτων 9

Ανταλλαγή μηνυμάτων 10

Ανταλλαγή μηνυμάτων 11

Αρχιτεκτονικές και Προγραμματιστικά Μοντέλα από την οπτική του προγραμματιστή Αρχιτεκτονική Κοινής μνήμης (shared memory) Προγραμματιστικό μοντέλο 12 Κοινός χώρος διευθύνσεων (shared address space) Ανταλλαγή μηνυμάτων (message-passing) Κατανεμημένης μνήμης (distributed memory) + Ευκολία υλοποίησης + Προγραμματιστική ευκολία + Υψηλή επίδοση + Προγραμματιστική ευκολία - Δυσκολία υλοποίησης - Χαμηλή επίδοση + Ευκολία υλοποίησης + Υψηλή επίδοση - Προγραμματιστική δυσκολία + Ευκολία υλοποίησης + Υψηλή επίδοση - Προγραμματιστική δυσκολία

Τι είναι το MPI; Είναι πρότυπο, όχι συγκεκριμένη υλοποίηση Βιβλιοθήκη ανταλλαγής μηνυμάτων Σχεδίαση σε στρώματα (layers) Σε υψηλό επίπεδο, παρέχει διεπαφή (interface) σε προγραμματιστή Σε χαμηλό επίπεδο, επικοινωνεί με το δίκτυο διασύνδεσης Υποστηρίζει C, C++, Fortran 77 και F90 13

Υλοποιήσεις MPI MPICH: http://www-unix.mcs.anl.gov/mpi/mpich/ MPICH2: http://www-unix.mcs.anl.gov/mpi/mpich2/ MPICH-GM: http://www.myri.com/scs/ LAM/MPI: http://www.lam-mpi.org/ LA-MPI: http://public.lanl.gov/lampi/ Open MPI: http://www.open-mpi.org/ SCI-MPICH: http://www.lfbs.rwth-aachen.de/users/joachim/scimpich/ MPI/Pro: http://www.mpi-softtech.com/ MVAPICH, MVAPICH2: http://mvapich.cse.ohio-state.edu/ 14

Single Program Multiple Data (SPMD) Όλες οι διεργασίες εκτελούν το ίδιο πρόγραμμα Κάθε διεργασία επεξεργάζεται υποσύνολο των δεδομένων ή διαφοροποιεί τη ροή εκτέλεσης της με βάση το βαθμό (rank) που της αποδίδει το MPI Επιδίωξη παράλληλου προγραμματισμού: 15 Μεγιστοποίηση παραλληλίας Αποδοτική αξιοποίηση πόρων συστήματος (π.χ. μνήμη) Ελαχιστοποίηση όγκου δεδομένων επικοινωνίας Ελαχιστοποίηση αριθμού μηνυμάτων Ελαχιστοποίηση συγχρονισμού

Διεργασίες και communicators Σε κάθε διεργασία αποδίδεται ένα μοναδικό rank στο εύρος 0...P-1, όπου P το συνολικό πλήθος διεργασιών στον συγκεκριμένο communicator Σε γενικές γραμμές, o communicator ορίζει ένα σύνολο από διεργασίες που μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους (π.χ. MPI_COMM_WORLD) Προσοχή: Αναφερόμαστε πάντα σε διεργασίες, όχι σε επεξεργαστές 16

Τυπική δομή κώδικα MPI #include <mpi.h> main(int argc, char **argv){... /* Πρώτη κλήση MPI */ MPI_Init(&argc, &argv); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank); MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);... /* Τελευταία κλήση MPI */ MPI_Finalize(); } 17

Βασικές συναρτήσεις στο MPI MPI_Init(argc,argv) Αρχικοποίηση MPI_Comm_rank(comm,rank) Αντιστοίχιση rank-διεργασίας σε communicator comm MPI_Comm_size(comm,size) Εύρεση πλήθους διεργασιών size σε comm MPI_Send(sndbuf,count,datatype,dest,tag,comm) Αποστολή μηνύματος σε διεργασία dest MPI_Recv(rcvbuf,count,datatype,source,tag, comm,status) Λήψη μηνύματος από διεργασία source MPI_Finalize() Τερματισμός 18

MPI_Init int MPI_Init(int* argc, char*** argv) Αρχικοποίηση περιβάλλοντος MPI Παράδειγμα: int main(int argc,char** argv){ MPI_Init(&argc,&argv); } 19

MPI_Comm_rank int MPI_Comm_rank (MPI_Comm comm, int* rank) Καθορισμός rank καλούσας διεργασίας που ανήκει στον communicator comm Παράδειγμα: int rank; MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank); 20

MPI_Comm_size int MPI_Comm_size (MPI_Comm comm, int* size) Καθορισμός πλήθους διεργασιών size που ανήκουν στον communicator comm Παράδειγμα: int size; MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&size); 21

MPI_Send int MPI_Send(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm) Αποστολή μηνύματος buf από καλούσα διεργασία σε διεργασία με rank dest Ο πίνακας buf έχει count στοιχεία τύπου datatype Παράδειγμα: int message[20],dest=1,tag=55; MPI_Send(message, 20, MPI_INT, dest, tag, MPI_COMM_WORLD); 22

MPI_Recv int MPI_Recv(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int source, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Status *status) Λήψη μηνύματος από διεργασία με rank source και αποθήκευση σε buf Λαμβάνονται το πολύ count δεδομένα τύπου datatype (ακριβής αριθμός με MPI_Get_count) Wildcards: MPI_ANY_SOURCE, MPI_ANY_TAG Παράδειγμα: int message[50],source=0,tag=55; MPI_Status status; MPI_Recv(message, 50, MPI_INT, source, tag, MPI_COMM_WORLD,&status); 23

Αποστολή λήψη στο MPI 24

Αποστολή λήψη στο MPI 25

Αποστολή λήψη στο MPI 26

Αποστολή λήψη στο MPI 27

Αποστολή λήψη στο MPI 28

Αποστολή λήψη στο MPI 29

MPI_Sendrecv int MPI_Sendrecv( void *sendbuf, int sendcount, MPI_Datatype sendtype, int dest, int sendtag, void *recvbuf, int recvcount, MPI_Datatype recvtype, int source, int recvtag, MPI_Comm comm, MPI_Status *status ) Λήψη και αποστολή μηνύματος με μία κλήση Για «συμμετρικό» κώδικα χρήση του MPI_NULL_PROC 30

MPI_Finalize int MPI_Finalize() Τερματισμός περιβάλλοντος MPI Πρέπει να αποτελεί την τελευταία κλήση MPI του προγράμματος 31

Παράδειγμα προγράμματος MPI /* Παράλληλος υπολογισμός της παράστασης f(0)+f(1)*/ #include <mpi.h> int main(int argc,char** argv){ int v0,v1,sum,rank; MPI_Status stat; MPI_Init(&argc,&argv); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank); if(rank==1) MPI_Send(&f(1),1,0,50,MPI_INT,MPI_COMM_WORLD); else if(rank==0){ v0=f(0); MPI_Recv(&v1,1,1,50,MPI_INT,MPI_COMM_WORLD,&stat); sum=v0+v1; } MPI_Finalize(); } 32

Παράδειγμα προγράμματος MPI /* Παράλληλος υπολογισμός της παράστασης f(0)+f(1)*/ #include <mpi.h> int main(int argc,char** argv){ int v0,v1,sum,rank; MPI_Status stat; MPI_Init(&argc,&argv); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank); Διεργασία 1 if(rank==1) MPI_Send(&f(1),1,0,50,MPI_INT,MPI_COMM_WORLD); else if(rank==0){ v0=f(0); MPI_Recv(&v1,1,1,50,MPI_INT,MPI_COMM_WORLD,&stat); sum=v0+v1; } MPI_Finalize(); } 33

Παράδειγμα προγράμματος MPI /* Παράλληλος υπολογισμός της παράστασης f(0)+f(1)*/ #include <mpi.h> int main(int argc,char** argv){ int v0,v1,sum,rank; MPI_Status stat; MPI_Init(&argc,&argv); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank); Διεργασία 1 if(rank==1) MPI_Send(&f(1),1,0,50,MPI_INT,MPI_COMM_WORLD); else if(rank==0){ v0=f(0); MPI_Recv(&v1,1,1,50,MPI_INT,MPI_COMM_WORLD,&stat); sum=v0+v1; } Διεργασία 0 MPI_Finalize(); } 34

Επικοινωνία Μπορεί να είναι point-to-point ή συλλογική (collective) Μπορεί να είναι synchronous, buffered ή ready (ανάλογα με το τι θεωρείται ως συνθήκη επιτυχίας) Μπορεί να είναι blocking ή non-blocking (ανάλογα με το πότε επιστρέφει η συνάρτηση επικοινωνίας) 35

Συλλογική επικοινωνία Παράδειγμα: Αποστολή του msg στις διεργασίες 1-7 από τη 0 if(rank==0) for(dest=1;dest<size;dest++) MPI_Send(msg,count,dest,tag,MPI_FLOAT,MPI_COMM_WORLD); 36

Συλλογική επικοινωνία Παράδειγμα: Αποστολή του msg στις διεργασίες 1-7 από τη 0 if(rank==0) for(dest=1;dest<size;dest++) MPI_Send(msg,count,dest,tag,MPI_FLOAT,MPI_COMM_WORLD); 37

Συλλογική επικοινωνία Παράδειγμα: Αποστολή του msg στις διεργασίες 1-7 από τη 0 if(rank==0) for(dest=1;dest<size;dest++) MPI_Send(msg,count,dest,tag,MPI_FLOAT,MPI_COMM_WORLD); 38

Συλλογική επικοινωνία Παράδειγμα: Αποστολή του msg στις διεργασίες 1-7 από τη 0 if(rank==0) for(dest=1;dest<size;dest++) MPI_Send(msg,count,dest,tag,MPI_FLOAT,MPI_COMM_WORLD); 39

Συλλογική επικοινωνία Παράδειγμα: Αποστολή του msg στις διεργασίες 1-7 από τη 0 if(rank==0) for(dest=1;dest<size;dest++) MPI_Send(msg,count,dest,tag,MPI_FLOAT,MPI_COMM_WORLD); Γενικά: Για p διεργασίες έχουμε p-1 βήματα επικοινωνίας 40

Συλλογική επικοινωνία Παράδειγμα: Αποστολή του msg στις διεργασίες 1-7 από τη 0 MPI_Bcast(msg,count,MPI_FLOAT,0,MPI_COMM_WORLD); 41

Συλλογική επικοινωνία Παράδειγμα: Αποστολή του msg στις διεργασίες 1-7 από τη 0 MPI_Bcast(msg,count,MPI_FLOAT,0,MPI_COMM_WORLD); 42

Συλλογική επικοινωνία Παράδειγμα: Αποστολή του msg στις διεργασίες 1-7 από τη 0 MPI_Bcast(msg,count,MPI_FLOAT,0,MPI_COMM_WORLD); Γενικά: Για p διεργασίες έχουμε log 2 p βήματα επικοινωνίας 43

MPI_Bcast int MPI_Bcast(void* message, int count, MPI_Datatype datatype, int root, MPI_Comm comm) Αποστολή του message από τη διεργασία με rank root προς όλες της διεργασίες του communicator comm To message περιέχει count δεδομένα τύπου datatype Καλείται από όλες τις διεργασίες του comm 44

MPI_Bcast int MPI_Bcast(void* message, int count, MPI_Datatype datatype, int root, MPI_Comm comm) 0 0 45 1 2 3

MPI_Reduce int MPI_Reduce(void* operand, void* result, int count, MPI_Datatype datatype, MPI_Op op, int root, MPI_Comm comm) Τα δεδομένα operand συνδυάζονται με εφαρμογή του τελεστή op, και το αποτέλεσμα αποθηκεύεται στη διεργασία root στο result Πρέπει να κληθεί από όλες τις διεργασίες του comm MPI_Op: MPI_MAX, MPI_MIN, MPI_SUM, MPI_PROD κλπ. Αντίστοιχα και MPI_Allreduce 46

MPI_Reduce int MPI_Reduce(void* operand, void* result, int count, MPI_Datatype datatype, MPI_Op op, int root, MPI_Comm comm) 0 1 2 3 MPI_Op=MPI_SUM 0 (= 47 + + + )

Παράδειγμα συλλογικής επικοινωνίας /* Παράλληλος υπολογισμός της παράστασης f(0)+f(1)*/ #include <mpi.h> int main(int argc,char** argv){ int sum,rank; MPI_Status stat; MPI_Init(&argc,&argv); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank); MPI_Reduce(&f(rank),&sum,1,MPI_INT,MPI_SUM,0, MPI_COMM_WORLD); MPI_Finalize(); } 48

MPI_Barrier int MPI_Barrier(MPI_Comm comm) Συγχρονίζονται όλες οι διεργασίες στον communicator comm Περιορίζει την παραλληλία 49

MPI_Gather int MPI_Gather(void* sendbuf, int sendcnt, MPI_Datatype sendtype, void* recvbuf, int recvcount, MPI_Datatype recvtype, int root, MPI_Comm comm) Συνενώνονται στη διεργασία root οι πίνακες sendbuf των υπολοιπών (κατά αύξουσα σειρά rank) Το αποτέλεσμα αποθηκεύεται στον πίνακα recvbuf, ο οποίος έχει νόημα μόνο στη διεργασία root Αντίστοιχα και MPI_Allgather Αντίστροφη: MPI_Scatter 50

MPI_Gather int MPI_Gather(void* sendbuf, int sendcnt, MPI_Datatype sendtype, void* recvbuf, int recvcount, MPI_Datatype recvtype, int root, MPI_Comm comm) 0 1 2 0 51 3

MPI_Scatter int MPI_Scatter(const void *sendbuf, int sendcount, MPI_Datatype sendtype,void *recvbuf, int recvcount, MPI_Datatype recvtype, int root,mpi_comm comm) 0 0 52 1 2 3

Synchronous-BufferedReady int MPI_Ssend(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm) Επιτυγχάνει μόνο όταν πάρει επιβεβαίωση λήψης από δέκτη ασφαλές int MPI_Bsend(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm) Επιτυγχάνει όταν αντιγραφεί το μήνυμα σε system buffer για μελλοντική μετάδοση σφάλμα σε έλλειψη πόρων int MPI_Rsend(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm) Επιτυγχάνει μόνο αν έχει προηγηθεί αντίστοιχο receive από το δέκτη αβέβαιο 53

Synchronous-BufferedReady Αναφέρονται σε λειτουργία αποστολής, διαφοροποιούνται ως προς λειτουργία λήψης Υπάρχουν τόσο σε blocking, όσο και σε nonblocking μορφή Το απλό MPI_Send μπορεί να είναι είτε synchronous είτε buffered: εξαρτάται από υλοποίηση 54

Synchronous-BufferedReady int MPI_Ssend(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm) Επιτυγχάνει μόνο όταν πάρει επιβεβαίωση λήψης από δέκτη ασφαλές int MPI_Bsend(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm) Επιτυγχάνει όταν αντιγραφεί το μήνυμα σε system buffer για μελλοντική μετάδοση σφάλμα σε έλλειψη πόρων int MPI_Rsend(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm) Επιτυγχάνει μόνο αν έχει προηγηθεί αντίστοιχο receive από το δέκτη αβέβαιο 55

Synchronous-BufferedReady 56 MPI_Bsend MPI_Ssend MPI_Rsend Τοπικό Μη τοπικό Τοπικό 2 αντιγραφές στη μνήμη 1 αντιγραφή στη μνήμη 1 αντιγραφή στη μνήμη Αποτυγχάνει ελλείψει πόρων Δεν αποτυγχάνει ελλείψει πόρων Δεν αποτυγχάνει ελλείψει πόρων Δεν αποτυγχάνει αν δεν έχει προηγηθεί λήψη Δεν αποτυγχάνει αν δεν έχει προηγηθεί λήψη Αποτυγχάνει αν δεν έχει προηγηθεί λήψη

Non-blocking communication Άμεση επιστροφή Δεν είναι ασφαλές να επαναχρησιμοποιηθούν οι buffers επικοινωνίας πριν ελεγχθεί η επιτυχία Δύο δυνατότητες για έλεγχο επιτυχίας της επικοινωνίας: int MPI_Test (MPI_Request* request,int* flag, MPI_Status* status) int MPI_Wait (MPI_Request* request,mpi_status* status) Δυνατότητα ελέγχου για εισερχόμενα μηνύματα, χωρίς να γίνει λήψη (progress report): int MPI_Probe (int source, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Status *status) 57

Non-blocking communication Κάθε blocking συνάρτηση έχει την αντίστοιχη nonblocking: MPI_Isend (για MPI_Send) MPI_Issend (για MPI_Ssend) MPI_Ibsend (για MPI_Bsend) MPI_Irsend (για MPI_Rsend) MPI_Irecv (για MPI_Recv) 58

Επικάλυψη υπολογισμών επικοινωνίας Blocking MPI_Recv(); MPI_Send(); Compute(); 59 Non-blocking MPI_Irecv(); MPI_Isend(); Compute(); Waitall();

Αποφυγή deadlocks Blocking (deadlock!) Rank 0 Rank 1 MPI_Send(msg,Rank1); MPI_Recv(msg,Rank1); Compute(); MPI_Send(msg,Rank0); MPI_Recv(msg,Rank0); Compute(); Non-blocking 60 Rank 0 Rank 1 MPI_Isend(msg,Rank1); MPI_Irecv(msg,Rank1); Waitall(); Compute(); MPI_Isend(msg,Rank0); MPI_Irecv(msg,Rank0); Waitall(); Compute();

Τύποι δεδομένων MPI 61 MPI_CHAR: 8-bit χαρακτήρας MPI_DOUBLE: 64-bit κινητής υποδιαστολής MPI_FLOAT: 32-bit κινητής υποδιαστολής MPI_INT: 32-bit ακέραιος MPI_LONG: 32-bit ακέραιος MPI_LONG_DOUBLE: 64-bit κινητής υποδιαστολής MPI_LONG_LONG: 64-bit ακέραιος MPI_LONG_LONG_INT: 64-bit ακέραιος MPI_SHORT: 16-bit ακέραιος MPI_SIGNED_CHAR: 8-bit προσημασμένος χαρακτήρας MPI_UNSIGNED: 32-bit απρόσημος ακέραιος MPI_UNSIGNED_CHAR: 8-bit απρόσημος χαρακτήρας MPI_UNSIGNED_LONG: 32-bit απρόσημος ακέραιος MPI_UNSIGNED_LONG_LONG: 64-bit απρόσημος ακέραιος MPI_UNSIGNED_SHORT: 16-bit απρόσημος ακέραιος MPI_WCHAR: 16-bit απρόσημος χαρακτήρας

Τύποι δεδομένων MPI Ομαδοποίηση δεδομένων επικοινωνίας: Παράμετρος count (για ομοιογενή δεδομένα σε συνεχόμενες θέσεις μνήμης) MPI_Type_struct (derived datatype) MPI_Pack(), MPI_Unpack() (για ετερογενή δεδομένα) 62

Τύποι δεδομένων MPI Derived datatypes Χρησιμοποιούμε τα derived datatypes όταν θέλουμε να ορίσουμε: μη συνεχόμενα στη μνήμη δεδομένα ίδιου τύπου (π.χ. μια στήλη ενός πίνακα) συνεχόμενα στη μνήμη δεδομένα διαφορετικών τύπων (π.χ. ένα struct) μη συνεχόμενα στη μνήμη δεδομένα διαφορετικών τύπων Παράδειγμα χρήσης: Πώς μπορώ να στείλω μια στήλη ενός πίνακα; 1. Με μία κλήση send για κάθε στοιχείο 2. Με αντιγραφή της στήλης σε ειδικό buffer 3. Με τη δημιουργία ενός datatype για τη στήλη του πίνακα Το 3o δεν είναι απαραίτητα πιο γρήγορο από το 2o - εξαρτάται από την υλοποίηση! 63

Τύποι δεδομένων MPI MPI_Type_contiguous int MPI_Type_contiguous(int count, MPI_Datatype oldtype, MPI_Datatype *newtype) Δημιουργεί ένα νέο datatype newtype ενώνοντας count συνεχόμενα στη μνήμη δεδομένα τύπου oldtype 64

Τύποι δεδομένων MPI MPI_Type_vector int MPI_Type_vector(int count, int blocklength, int stride, MPI_Datatype oldtype, MPI_Datatype *newtype) Δημιουργεί ένα νέο datatype newtype ενώνοντας blocklength δεδομένα τύπου oldtype από count blocks που απέχουν κατά κάποιο stride Στο παράδειγμα: blocklength=2, stride=3 65

Τύποι δεδομένων MPI MPI_Type_indexed int MPI_Type_indexed(int count, int * array_of_blocklengths, int *array_of_displacements, MPI_Datatype oldtype, MPI_Datatype *newtype) Συνενώνει irregular υποσύνολα δεδομένων από πίνακα Ακριβός τύπος δεδομένων 66

Τύποι δεδομένων MPI MPI_Type_create_struct int MPI_Type_create_struct(int count, int *array_of_blocklengths, MPI_Aint *array_of_displacements, MPI_Datatype *array_of_types, MPI_Datatype *newtype) Δημιουργεί structs αντίστοιχα με τα structs της C Επίσης ακριβός τύπος δεδομένων 67

Τύποι δεδομένων MPI MPI_Type_create_struct int MPI_Type_create_subarray(int ndims, int *array_of_sizes, int *array_of_subsizes, int *array_of_starts, int order, MPI_Datatype oldtype, MPI_Datatype *newtype ) Δημιουργεί έναν υποπίνακα newtype από έναν πίνακα oldtype, ndims διαστάσεων 68

Χρήση των τύπων δεδομένων MPI Κατασκευή του datatype MPI_Type_contiguous(10, MPI_DOUBLE, &my_datatype) Δέσμευση χώρου για το datatype MPI_Type_commit(&my_datatype) Χρήση του datatype MPI_Send(&my_array[100],1,my_datatype,1,55, MPI_COMM_WORLD) Απελευθέρωση του χώρου στη μνήμη MPI_Type_free(&my_datatype) 69