安裝OpenMPI來配合C語言程序進行并行計算
安裝OPENMPI
由于是實驗，也不進行多機的配置了，只在虛擬機里安裝吧。多個機器的配置可以參考此文
最簡單的方法，apt安裝
sudo apt-get install libcr-dev mpich2 mpich2-doc
測試
hello.c
/* C Example */
#include <mpi.h>
#include <stdio.h>
int main (int argc, char* argv[])
{
int rank, size;
MPI_Init (&argc, &argv); /* starts MPI */
MPI_Comm_rank (MPI_COMM_WORLD, &rank); /* get current process id */
MPI_Comm_size (MPI_COMM_WORLD, &size); /* get number of processes */
printf( "Hello world from process %d of %d\n", rank, size );
MPI_Finalize();
return 0;
}
編譯運行及顯示結果
mpicc mpi_hello.c -o hello mpirun -np 2 ./hello Hello world from process 0 of 2 Hello world from process 1 of 2
正常出現(xiàn)結果表明沒有問題，
看下openmpi的版本
mpirun --version
mpirun (Open MPI) 1.6.5 Report bugs to http://www.open-mpi.org/community/help/
MPI計算矩陣乘法
通過opemMPI加速矩陣乘法運算。采用主從模式，0號是master，其他是child（或者叫worker，as you wish）。
基本思路
兩個矩陣A，B進行乘法運算，則A的行 i 乘以B的列 j 得出的數(shù)是新矩陣(i,j)坐標的數(shù)值。A(MN) B(NK)最后矩陣是M*K的，實驗中M=N=K=1000，我也就沒有明確區(qū)分MNK，全部用MATRIX_SIZE定義的。
最簡單的思路就是每個worker分配(MATRIX_SIZE/(numprocess-1))個，然后如果有余下的，就分給余數(shù)對應的worker。比如MATRIX_SIZE=10，numprocess=4 則實際的worker有3個，每個人分3行，最后的一行給id是1的?？梢院芎唵蔚睦醚h(huán)類分配。最后Master收集所有的結果，并按照順序組裝起來就行。
每個worker的工作就是接收來自master的一行，和B矩陣運算，得出新一行的結果，然后發(fā)送回master
代碼
多加了很多注釋來解釋，函數(shù)的說明下一節(jié)解釋下。
#include <mpi.h>
#include <stdio.h>
#define MATRIX_SIZE 10
#define FROM_MASTER 1 //這里的類型可以區(qū)分消息的種類，以便區(qū)分worker發(fā)送來的結果
#define FROM_CHILD 2
#define MASTER 0
MPI_Status status;
int myid,numprocess;
//最終保存的結果
int ans [MATRIX_SIZE*MATRIX_SIZE];
int A[MATRIX_SIZE*MATRIX_SIZE],B[MATRIX_SIZE*MATRIX_SIZE];
//讀取文件，注意讀取文件要放在master里，不然會讀兩遍，出現(xiàn)錯誤
void readFile(){
FILE* fina,*finb;
fina=fopen("a.txt","r");
int i;
for (i = 0; i < MATRIX_SIZE*MATRIX_SIZE ; ++i)
{
fscanf(fina,"%d ",&A[i]);
}
fclose(fina);
finb=fopen("b.txt","r");
for(i=0;i<MATRIX_SIZE*MATRIX_SIZE;i++)
fscanf(finb,"%d ",&B[i]);
fclose(finb);
printf("read file ok\n");
}
int master(){
int workid,dest,i,j;
printf("numprocess %d\n",numprocess );
//給每個worker發(fā)送B矩陣過去
for(i=0;i<numprocess-1;i++){
//send B matrix
MPI_Send(&B,MATRIX_SIZE*MATRIX_SIZE,MPI_INT,i+1,FROM_MASTER,MPI_COMM_WORLD);
}
//開始給每個worker分配任務，取模即可
for (i = 0; i < MATRIX_SIZE; i++)
{
//attention: num of workers is numprocess-1
workid=i%(numprocess-1)+1;
//send single line in A
MPI_Send(&A[i*MATRIX_SIZE],MATRIX_SIZE,MPI_INT,workid,FROM_MASTER,MPI_COMM_WORLD);
}
//等待從worker發(fā)送來的數(shù)據(jù)
int tempLine[MATRIX_SIZE];
for (i = 0; i < MATRIX_SIZE*MATRIX_SIZE; i++)
{
ans[i]=0;
}
for (i = 0; i < MATRIX_SIZE; ++i)
{
int myprocess=i%(numprocess-1)+1;
printf("Master is waiting %d\n",myprocess);
//receive every line from every process
MPI_Recv(&tempLine,MATRIX_SIZE,MPI_INT,myprocess,FROM_CHILD,MPI_COMM_WORLD,&status);
//發(fā)送過來的都是計算好了的一行的數(shù)據(jù)，直接組裝到ans里就行
for(j=0;j<MATRIX_SIZE;j++){
ans[MATRIX_SIZE*i+j]=tempLine[j];
}
printf("Master gets %d\n",i);
}
for(i=0;i<MATRIX_SIZE*MATRIX_SIZE;i++){
printf("%d ",ans[i] );
if(i%MATRIX_SIZE==(MATRIX_SIZE-1))printf("\n");
}
printf("The Master is out\n");
}
int worker(){
int mA[MATRIX_SIZE],mB[MATRIX_SIZE*MATRIX_SIZE],mC[MATRIX_SIZE];
int i,j,bi;
MPI_Recv(&mB,MATRIX_SIZE*MATRIX_SIZE,MPI_INT,MASTER,FROM_MASTER,MPI_COMM_WORLD,&status);
//接收來自master的A的行
for(i=0;i<MATRIX_SIZE/(numprocess-1);i++){
MPI_Recv(&mA,MATRIX_SIZE,MPI_INT,MASTER,FROM_MASTER,MPI_COMM_WORLD,&status);
//矩陣乘法，A 的一行和B矩陣相乘
for(bi=0;bi<MATRIX_SIZE;bi++){
mC[bi]=0;
for(j=0;j<MATRIX_SIZE;j++){
mC[bi]+=mA[j]*mB[bi*MATRIX_SIZE+j];
}
}
MPI_Send(&mC,MATRIX_SIZE,MPI_INT,MASTER,FROM_CHILD,MPI_COMM_WORLD);
}
//如果處于余數(shù)范圍內(nèi)，則需要多計算一行
if(MATRIX_SIZE%(numprocess-1)!=0){
if (myid<=(MATRIX_SIZE%(numprocess-1)))
{
MPI_Recv(&mA,MATRIX_SIZE,MPI_INT,MASTER,FROM_MASTER,MPI_COMM_WORLD,&status);
for(bi=0;bi<MATRIX_SIZE;bi++){
mC[bi]=0;
for(j=0;j<MATRIX_SIZE;j++){
mC[bi]+=mA[j]*mB[bi*MATRIX_SIZE+j];
}
}
MPI_Send(&mC,MATRIX_SIZE,MPI_INT,MASTER,FROM_CHILD,MPI_COMM_WORLD);
}
}
printf("The worker %d is out\n",myid);
}
int main(int argc, char **argv)
{
MPI_Init (&argc, &argv);
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&myid);
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&numprocess);
if(myid==MASTER){
readFile();
master();
}
if(myid>MASTER){
worker();
}
MPI_Finalize();
return 0;
}
OPENMPI簡單函數(shù)介紹
針對實驗用到的幾個函數(shù)進行說明。
MPI為程序員提供一個并行環(huán)境庫，程序員通過調用MPI的庫程序來達到程序員所要達到的并行目的，可以只使用其中的6個最基本的函數(shù)就能編寫一個完整的MPI程序去求解很多問題。這6個基本函數(shù)，包括啟動和結束MPI環(huán)境，識別進程以及發(fā)送和接收消息：
理論上說，MPI所有的通信功能可以用它的六個基本的調用來實現(xiàn)：
- MPI_INIT 啟動MPI環(huán)境
- MPI_COMM_SIZE 確定進程數(shù)
- MPI_COMM_RANK 確定自己的進程標識符
- MPI_SEND 發(fā)送一條消息
- MPI_RECV 接收一條消息
- MPI_FINALIZE 結束MPI環(huán)境
初始化和結束
MPI初始化：通過MPI_Init函數(shù)進入MPI環(huán)境并完成所有的初始化工作。
int MPI_Init( int *argc, char * * * argv )
MPI結束：通過MPI_Finalize函數(shù)從MPI環(huán)境中退出。
int MPI_Finalize(void)
獲取進程的編號
調用MPI_Comm_rank函數(shù)獲得當前進程在指定通信域中的編號，將自身與其他程序區(qū)分。
int MPI_Comm_rank(MPI_Comm comm, int *rank)
獲取指定通信域的進程數(shù)
調用MPI_Comm_size函數(shù)獲取指定通信域的進程個數(shù)，確定自身完成任務比例。
int MPI_Comm_size(MPI_Comm comm, int *size)
MPI消息
一個消息好比一封信
消息的內(nèi)容的內(nèi)容即信的內(nèi)容，在MPI中成為消息緩沖(Message Buffer)
消息的接收發(fā)送者即信的地址，在MPI中成為消息封裝(Message Envelop)
MPI中，消息緩沖由三元組<起始地址，數(shù)據(jù)個數(shù)，數(shù)據(jù)類型>標識
消息信封由三元組<源/目標進程，消息標簽，通信域>標識
消息發(fā)送
MPI_Send函數(shù)用于發(fā)送一個消息到目標進程。
int MPI_Send(void *buf, int count, MPI_Datatype dataytpe, int dest, int tag, MPI_Comm comm)
buf是要發(fā)送數(shù)據(jù)的指針，比如一個A數(shù)組，可以直接&A，count則是數(shù)據(jù)長度，datatype都要改成MPI的type。dest就是worker的id了。tag則可以通過不同的type來區(qū)分消息類型，比如是master發(fā)送的還是worker發(fā)送的。
消息接收
MPI_Recv函數(shù)用于從指定進程接收一個消息
int MPI_Recv(void *buf, int count, MPI_Datatype datatyepe,int source, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Status *status)
編譯和執(zhí)行
生成執(zhí)行文件data
mpicc -o programname programname.c
一個MPI并行程序由若干個并發(fā)進程組成，這些進程可以相同也可以不同。MPI只支持靜態(tài)進程創(chuàng)建，即：每個進程在執(zhí)行前必須在MPI環(huán)境中登記，且它們必須一起啟動。通常啟動可執(zhí)行的MPI程序是通過命令行來實現(xiàn)的。啟動方法由具體實現(xiàn)確定。例如在MPICH實現(xiàn)中通過下列命令行可同時在獨立的機器上啟動相同的可執(zhí)行程序：
mpirun –np N programname
其中N是同時運行的進程的個數(shù)，programname是可執(zhí)行的MPI程序的程序名。
相關文章
這篇文章主要為大家詳細介紹了Linux下C語言實現(xiàn)俄羅斯方塊小游戲，文中示例代碼介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下2017-07-07
本文主要介紹C語言中的if else,這里詳細介紹了if else 語句并提供了簡單的示例代碼,希望能幫助編程入門的小伙伴學習2016-07-07
這篇文章介紹了C語言趣味編程之水仙花數(shù)，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧2021-11-11
這篇文章主要介紹了C++如何實現(xiàn)二叉樹鏈表，具有很好的參考價值，希望對大家有所幫助。如有錯誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教2022-07-07
C語言是一門通用計算機編程語言，應用廣泛。C語言的設計目標是提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、產(chǎn)生少量的機器碼以及不需要任何運行環(huán)境支持便能運行的編程語言。2017-10-10
在高性能渲染場景中,CPU資源常被過度消耗,導致界面卡頓,而OpenGL作為業(yè)界標準的圖形API,能通過GPU硬件加速顯著降低CPU負載,本文將以繪制三角形為例,教你如何通過Qt的QOpenGLWidget和QOpenGLFunctions實現(xiàn)跨平臺GPU渲染,感興趣的朋友一起看看吧2025-04-04
這篇文章主要介紹了C語言解決螺旋矩陣算法問題的代碼示例,螺旋矩陣中的數(shù)字由第一行開始到右邊不斷變大,向下變大,向左變大,向上變大,如此循環(huán)...需要的朋友可以參考下2016-04-04
C++程序把輸入和輸出看作字節(jié)流,輸入時程序從輸入流中抽取字節(jié),輸出時程序將字節(jié)插入到輸出流中,下面這篇文章主要給大家介紹了關于C++中簡單的文本文件輸入/輸出的相關資料,需要的朋友可以參考下2021-12-12
線性表的鏈式存儲又稱為單鏈表，它是指通過一組任意的存儲單元來存儲線性表中的數(shù)據(jù)元素。本文將用C++實現(xiàn)單鏈表，需要的可以參考一下2022-05-05
很多朋友私信小編不理解C++中的 % 的含義，其實有兩種意思，一種是格式化字符串輸出另一種是整數(shù)取余，本文給大家介紹的非常詳細，感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧2023-03-03