10、分布式系统中的消息传递与性能优化

分布式系统中的消息传递与性能优化

1. MPI 中的消息传递

在分布式系统中，MPI（Message Passing Interface）是常用的消息传递工具。MPI 中的广播（Broadcasting）和归约（Reduce）操作在数据共享和结果合并方面非常有用。

1.1 广播操作

广播操作看似在 MPI 中不太适用，因为每个进程都有相同的代码。但在涉及 I/O 操作时，广播就有了用武之地。例如，一个程序需要从用户那里获取输入，然后每个进程根据该输入进行操作。如果每个进程都独立地向用户请求输入，那将是不合理的。此时，秩为 0 的进程应该收集输入，然后将其发送给其他所有进程。示例代码如下：

from mpi4py import MPI
comm = MPI.COMM_WORLD
rank = comm.Get_rank()
if rank == 0:
    data = input("Please enter random number seed")
else:
    data = None
# mpi4py wants to send an object, so we will leave the
# input in that format
data = comm.bcast(data, root=0)

1.2 归约操作

当所有进程执行独立操作时，合并它们的结果可能会很有用。例如，在计算函数的黎曼积分时，将工作分配到多个进程中可以提高效率。每个进程计算的值的总和就是最终结果。示例代码如下：