MPI綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、MPI綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告 目前三次MPI實(shí)驗(yàn)已經(jīng)結(jié)束，結(jié)合之前所寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對總體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做一個(gè)總結(jié)。參考資料：MPI簡介多線程是一種便捷的模型，其中每個(gè)線程都可以訪問其它線程的存儲(chǔ)空間。因此，這種模型只能在共享存儲(chǔ)系統(tǒng)之間移植。一般來講，并行機(jī)不一定在各處理器之間共享存儲(chǔ)，當(dāng)面向非共享存儲(chǔ)系統(tǒng)開發(fā)并行程序時(shí)，程序的各部分之間通過來回傳遞消息的方式通信。要使得消息傳遞方式可移植，就需要采用標(biāo)準(zhǔn)的消息傳遞庫。這就促成的消息傳遞接口(Message Passing Interface, MPI)的面世，MPI是一種被廣泛采用的消息傳遞標(biāo)準(zhǔn)1。與OpenMP并行程序不同，MPI是一種基于消息傳遞的并行

2、編程技術(shù)。消息傳遞接口是一種編程接口標(biāo)準(zhǔn)，而不是一種具體的編程語言。簡而言之，MPI標(biāo)準(zhǔn)定義了一組具有可移植性的編程接口。各個(gè)廠商或組織遵循這些標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)自己的MPI軟件包，典型的實(shí)現(xiàn)包括開放源代碼的MPICH、LAM MPI以及不開放源代碼的Intel MPI。由于MPI提供了統(tǒng)一的編程接口，程序員只需要設(shè)計(jì)好并行算法，使用相應(yīng)的MPI庫就可以實(shí)現(xiàn)基于消息傳遞的并行計(jì)算。MPI支持多種操作系統(tǒng)，包括大多數(shù)的類UNIX和Windows系統(tǒng)。三次實(shí)驗(yàn)總結(jié)第一次實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)要求：配置好MPI運(yùn)行的基本環(huán)境，測試MPI的基本通信程序。程序：#include "stdafx.h"#in

3、clude <mpi.h>void main( void ) MPI_Status status; char string="xxxxx" int myid; MPI_Init(NULL,NULL); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&myid); if(myid=2) MPI_Send("HELLO",5,MPI_CHAR,7,1234,MPI_COMM_WORLD); if(myid=7) MPI_Recv(string,5,MPI_CHAR,2,MPI_ANY_TAG,MPI_COMM_WORLD,&a

4、mp;status); printf("Got %s from P%d,tag %dn",string,status,status.MPI_SOURCE,status.MPI_TAG); MPI_Finalize();運(yùn)行環(huán)境配置過程：（這個(gè)是在根據(jù)網(wǎng)上的環(huán)境配置教程做的）1、 安裝軟件MPICH2，本次操作安裝在C:Program FilesMPICH2文件夾中。2、 打開安裝好的MPICH2目錄，打開bin文件夾中的wmpiregister.exe文件，進(jìn)行注冊。填入本機(jī)的用戶名和密碼。3、 建立一個(gè)控制臺(tái)應(yīng)用程序空文檔，MY MPI，輸入程序4、添加庫和包含文件打開T

5、ool->Options對話框選擇項(xiàng)目和解決方案下的VC+目錄一欄，如下圖所示：分別添加包含文件C:Program FilesMPICH2include和庫文件C:Program FilesMPICH2lib5、 取消預(yù)編譯頭打開Project->Property,設(shè)置框如下圖所示展開C/C+項(xiàng)，選擇與編譯頭，在創(chuàng)建/使用預(yù)編譯頭中選擇 ：不使用預(yù)編譯頭6、打開Project->Property,設(shè)置框如下圖所示將配置屬性中的常規(guī)項(xiàng)中的字符集設(shè)置成未設(shè)置展開連接器中輸入項(xiàng)，在附件依賴項(xiàng)中添加mpi.lib7、 自定義多線程運(yùn)行打開MPICH2安裝目錄顯得mpiexec.exe

6、裝入運(yùn)行產(chǎn)生的.exe文件并選擇線程數(shù)，運(yùn)行結(jié)果如下圖所示第二次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：MPI實(shí)驗(yàn)第二部分1. 了解計(jì)算粒度、問題規(guī)模（計(jì)算負(fù)載）、并行程度概念;2. 測試基于MPI的Pi并行計(jì)算程序;3. 完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告（MPI程序代碼、運(yùn)行結(jié)果截屏、實(shí)驗(yàn)分析總結(jié)）在這次的實(shí)驗(yàn)過程中，我們的程序是通過數(shù)值方法計(jì)算 的值來觀察運(yùn)行時(shí)間。程序：#include "stdafx.h"#include <stdio.h>#include "mpi.h"static long num_steps = 100000; void main(int argc, cha

7、r* argv) int i_start, i_end, i, myid, numprocs; double pi, mypi, x, step, sum = 0.0; double start, end; MPI_Init(&argc, &argv); MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &numprocs); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &myid); if(myid = 0) start = MPI_Wtime(); MPI_Bcast(&num_steps, 1, MPI_INT, 0, M

8、PI_COMM_WORLD); i_start = myid * (num_steps / numprocs); i_end = i_start + (num_steps / numprocs); step = 1.0 / (double) num_steps; for( i = i_start; i < i_end; i+) x = (i + 0.5) * step; sum = sum + 4.0 / (1.0 + x * x); mypi = step * sum; MPI_Reduce(&mypi, &pi, 1, MPI_DOUBLE, MPI_SUM, 0,

9、MPI_COMM_WORLD);if(myid = 0) printf("Pi = %fn", pi);end = MPI_Wtime();printf("Run time is : %.10fn", end - start);fflush(stdout);MPI_Finalize();實(shí)驗(yàn)原理：利用公式PI的近似值計(jì)算圓周率7，定積分的計(jì)算可以轉(zhuǎn)化為求一個(gè)曲邊梯形的面積問題。將積分區(qū)間等分成n個(gè)小的子區(qū)間，可將每個(gè)小的子區(qū)間上的曲邊梯形近似地看成矩形，這些矩形面積的和就近似地等于原來曲邊梯形的面積。這樣最終將求圓周率的問題轉(zhuǎn)化成了一個(gè)面積迭加的計(jì)算。

10、當(dāng)進(jìn)程數(shù)為2時(shí)，運(yùn)算時(shí)間很小，要比進(jìn)程數(shù)為1時(shí)時(shí)間要短，說明該情況下，多進(jìn)程的運(yùn)行效率要比單進(jìn)程高。然后，我使用了幾臺(tái)計(jì)算機(jī)在同一局域網(wǎng)之下構(gòu)成了集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用非共享內(nèi)存方式利用多進(jìn)程完成任務(wù)。在兩臺(tái)機(jī)器構(gòu)成的集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之下，我分別測了多組進(jìn)程之下并行計(jì)算的時(shí)間比較，運(yùn)算結(jié)果如下所示：做表格比較之：進(jìn)程數(shù)1481216運(yùn)行時(shí)間0.00044419050.00120518110.00111410810.00133368910.0012272509結(jié)果分析:因?yàn)橛?jì)算規(guī)模較小，集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并行多進(jìn)程計(jì)算并不能很明顯的表現(xiàn)出計(jì)算優(yōu)勢。反而，經(jīng)過驗(yàn)證，在較大規(guī)模計(jì)算量之下，集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)

11、算速度優(yōu)越性得到明顯展現(xiàn)。第三次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：1. 理解同步(synchronous)計(jì)算和同步路障(barrier)2. 測試基于MPI_Barrier()的并行程序3. 完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告（MPI程序代碼、運(yùn)行結(jié)果截屏、實(shí)驗(yàn)分析總結(jié)）程序：#include "stdafx.h"#include <stdio.h>#include "mpi.h"int main(int argc, char* argv) int taskid, ntasks; int ierr;MPI_Init(&argc, &argv);MPI_Comm_ra

12、nk(MPI_COMM_WORLD, &taskid);MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &ntasks);if(taskid = 0) printf("nnnnnn"); ierr = MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);if(taskid = 0) printf("Hel"); fflush(stdout);if(taskid = 1) printf("lo "); fflush(stdout);if(taskid = 2) printf("Wor"

13、); fflush(stdout);if(taskid = 3) printf("ld!"); fflush(stdout);ierr = MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);if(taskid = 0) printf(" (Unordered)n"); fflush(stdout);if(taskid = 0) printf("Hel"); fflush(stdout);ierr = MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);if(taskid = 1) printf("lo "

14、); fflush(stdout);ierr = MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);if(taskid = 2) printf("Wor"); fflush(stdout);ierr = MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);if(taskid = 3) printf("ld!"); fflush(stdout);ierr = MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);if(taskid = 0) printf(" (Ordered)nnnnn"); MPI_Finalize();

15、return 0;實(shí)驗(yàn)原理：同步計(jì)算和同步路障Barriers:Blocks until all processes in the communicator have reached this routine.A point at which all processes must wait until all other processes have reached that point.Synchronous & Barrier:In a fully synchronous application, all the processes synchronized at a regular points.實(shí)驗(yàn)結(jié)果截屏：結(jié)果分析：如果大于等于4個(gè)進(jìn)程的話，輸出的語句就是順序的，正常的，但是如果進(jìn)程數(shù)目小于4，由于同步路障的存在，只有當(dāng)所有進(jìn)程到來之時(shí)才會(huì)被同步，這樣由于進(jìn)程數(shù)小于要求進(jìn)程數(shù)，所以同步會(huì)出現(xiàn)問題，所以輸出的語句會(huì)出現(xiàn)亂碼。MPI實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過這次實(shí)驗(yàn)，我們對MPI有了一個(gè)初步了解。MP