Linux mpi 程序示例

基於MPICH的並行程序設計
　　
　　
　　下面用一個簡單的例子，給出在Linux平臺上開發MPI並行程序的一個基本框架，以便對基於MPICH的並行程序有一個感性認識。基於MPICH的並行程序可以用C或者Fortran開發，此處給出的例子是用C語言編寫的。
　　
　　/*====================*
　　* mpi_hello.c - Demo program of MPICH. *
　　*====================*/
　　
　　#include
　　#include “mpi.h”
　　
　　int main(int argc, char **argv)
　　{
　　int myrank, nprocs, namelen;
　　char processor_name[MPI_MAX
　　_PROCESSOR_NAME];
　　
　　MPI_Init(&argc, &argv);
　　MPI_Comm_size(MPI_COMM_
　　WORLD, &nprocs);
　　MPI_Comm_rank(MPI_COMM
　　_WORLD, &myrank);
　　MPI_Get_processor_name(processor_name, &namelen);
　　
　　printf(“Hello World! I’m rank %d of %d on %s\n”, myrank,
　　nprocs, processor_name);
　　
　　MPI_Finalize();
　　return 0;
　　}
　　
　　
　　
　　爲了保證編譯的正確性，程序的首部必須包含MPI的頭文件mpi.h。該文件給出了MPI所有調用接口的說明，並對所有用到的常量進行了定義。MPI_MAX_PROCESSOR_NAME就是該文件中定義的一個常量，是某一MPI具體實現（此處即爲MPICH）中允許的主機名的最大長度。
　　
　　在調用任何MPI函數之前，必須先調用MPI_Init()進行相應的初始化工作。當所有MPI函數調用都完成之後，還必須調用MPI_Finalize()進行相應的清理工作。命令行參數通過MPI_Init()函數傳遞給MPI，以便爲各個並行執行的程序建立起正確的運行環境。
　　
　　接下去的幾個MPI函數用來獲得並行計算環境的一些基本信息。上面的示例程序只是簡單地輸出了這些信息，但通常情況下這些信息將被用來進行問題的自動分解，或者用於建立各並行機間的通信。MPI_Comm_size()函數可以得到參與並行計算的進程個數；MPI_Comm_rank()函數可以得到當前正在運行的進程的標識；而MPI_Get_processor_name()函數則能夠獲得當前進程所在主機的名稱。
　　
　　基於MPI的並行程序可能有很多種編譯方法，大多數MPI實現都提供了一個易於使用的腳本來完成編譯，這些腳本能夠爲編譯器設置合適的參數，幫助編譯器找到MPI頭文件所在的目錄，並能夠連接上所需的庫文件，從而保證編譯過程的正確性。MPICH和LAM都提供了一個名爲mpicc的腳本來完成並行程序的編譯。例如，要編譯上述的示例程序，只需執行下面的命令即可：
　　
　　$ mpicc -o mpi_hello mpi_hello.c
　　
　　
　　
　　在並行環境中的多臺計算機上同時執行該程序，要將編譯好的程序複製到不同的機器上，並且可執行程序必須放 $ mpirun -np 6 mpi_hello
　　
　　
　　
　　在MPICH中，mpirun是MPI程序的啓動腳本，它簡化了並行進程的啓動過程，儘可能屏蔽了底層的實現細節，從而爲用戶提供了一個通用的MPI並行機。在用mpirun命令執行並行程序時，參數-np指明瞭需要並行運行的進程個數。mpirun首先在本地結點上啓動一個進程，然後根據/usr/local/share/machines.LINUX文件中所列出的主機，爲每個主機啓動一個進程。若進程數比可用的並行節點數多，則多餘的進程將重新按照上述規則進行 Hello World! I′m rank 0 of 6 on node1
　　Hello World! I′m rank 1 of 6 on node2
　　Hello World! I′m rank 5 of 6 on node3
　　Hello World! I′m rank 3 of 6 on node1
　　Hello World! I′m rank 2 of 6 on node2
　　Hello World! I′m rank 4 of 6 on node3
　　
　　
　　
　　
　　基於PVM的並行程序設計
　　
　　
　　在用PVM進行並行程序設計時，程序員首先要將被求解的問題分解成獨立的程序，然後用C或者Fortran實現每個程序，最後再通過PVM提供的虛擬機在整個並行計算環境中運行。下面用一個簡單的例子，給出在Linux平臺上開發PVM並行程序的一個基本框架。
　　
　　/*===================*
　　* pvm_hello.c - Demo
　　program of PVM.*
　　*==================*/
　　
　　#include
　　#include “pvm3.h”
　　
　　int main(int argc, char** argv)
　　{
　　int i, mytid, dtid, info, nhost, narch;
　　struct pvmhostinfo* hostp;
　　
　　mytid = pvm_mytid();
　　dtid = pvm_tidtohost(mytid);
　　info = pvm_config(&nhost, &narch, &hostp);
　　
　　for (i = 0; i < nhost && hostp[i].hi_tid != dtid; i++)
　　;
　　printf(“Hello World! My task id is t%x on %s with %d hosts.\n”,
　　mytid, hostp[i].hi_name, nhost);
　　
　　pvm_exit();
　　return 0;
　　}
　　
　　
　　
　　上述示例程序給出了啓動和終止一個PVM程序的基本步驟：首先在程序首部包含PVM的頭文件pvm.h。然後調用pvm_mytid()函數獲得當前運行進程的任務標識符，調用pvm_tidtohost()函數獲得與任務標識符對應的主機標識符。若想獲得當前進程所在虛擬機的相關信息(如主機總數和平臺種類等)，則可以通過調用函數pvm_config()來實現。最後，當所有的PVM函數都執行完後，調用pvm_exit()函數來結束整個並行計算過程。
　　
　　PVM沒有提供一個單獨的腳本來完成編譯過程，要編譯上述示例程序，需要手工執行以下命令：
　　
　　$ gcc -o pvm_hello -I/usr/local/src/pvm3/include/ \
　　> -L/usr/local/src/pvm3/lib/LINUX/ pvm_hello.c -lpvm3
　　
　　
　　
　　同MPICH一樣，用PVM編寫的程序要想能夠在多臺主機上並行運行，首先要將編譯好的可執行文件複製到不同的機器上。PVM要求用戶運行的可執行文件都應該位於Home目錄下的pvm3/bin/LINUX下。例如，要想在node1上以gary賬戶啓動上述示例程序，同時要求node2和node3能夠並行執行該程序，則應先將可執行文件pvm_hello複製到node1、node2和node3機器上的/home/gary/pvm3/bin/LINUX目錄下，然後在node1上執行如下命令：
　　
　　$ cd ~/pvm3/bin/LINUX
　　$ pvm
　　pvm> add node2 node3
　　pvm> spawn -6 -> pvm_hello
　　pvm> halt
　　
　　
　　
　　PVM專門提供了一個Shell來對並行執行的任務進行管理和調度。上述程序中add命令用來添加一個新的並行節點機；spawn命令用來啓動一個並行程序，參數“-6”指明瞭並行執行的進程個數，參數“->”指示將輸出信息顯示在屏幕上；halt命令則用來終止整個並行計算虛擬機。
　　
　　上述示例程序的一次執行結果如下所示：
　　
　　[1:t40002] Hello World! My task id is t40002 on node1 with 3 hosts.
　　[1:t40002] EOF
　　[1:t40003] Hello World! My task id is t40003 on node1 with 3 hosts.
　　[1:t40003] EOF
　　[1:tc0002] Hello World! My task id is tc0002 on node3 with 3 hosts.
　　[1:t80001] Hello World! My task id is t80001 on node2 with 3 hosts.
　　[1:t80001] EOF
　　[1:tc0001] Hello World! My task id is tc0001 on node3 with 3 hosts.
　　[1:tc0001] EOF
　　[1:tc0002] EOF
　　[1:t80002] Hello World! My task id is t80002 on node2 with 3 hosts.
　　[1:t80002] EOF
　　[1] finished
　　
　　
　　
　　並行計算使用多臺計算機或者具有多個處理器的計算機來求解問題，從而爲求解大規模複雜問題提供了可能。作爲一個優秀的操作系統，Linux特別適合用來組建並行計算平臺。