【MPI】 六大金刚：六个最基本、最常用的函数

【MPI】 六大金刚：六个最基本、最常用的函数

首先，安装MPI看这里。

这6个函数API如下：

/* Initialize and Finalize */
int MPI_Init(int *argc, char ***argv)
int MPI_Finalize()

/* MPI comm size and rank */
int MPI_Comm_size(MPI_Comm comm, int *size)
int MPI_Comm_rank(MPI_Comm comm, int *rank)

/* MPI send and recv */
int MPI_Send(const void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest,
             int tag, MPI_Comm comm)
int MPI_Recv(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int source, int tag,
             MPI_Comm comm, MPI_Status *status)

先简要介绍一下 rank （进程序号）和 communicator （通信域）：

Rank

• 定义：在 MPI 中，rank 是一个整数值，用来唯一标识一个进程在特定通信子中的位置。
• 作用：rank 使得进程能够被唯一地识别，从而可以在通信时指定具体的发送者或接收者。
• 获取方式：通过 MPI_Comm_rank 函数可以获得当前进程在某个通信子中的 rank。

Communicator

• 定义：communicator 是一组进程的集合，这些进程共享一个通信上下文，可以相互通信。
• 作用：定义了哪些进程可以相互通信，并提供了这些进程间通信的环境。
• 默认通信子：MPI_COMM_WORLD 是最常见的默认通信子，它包含了启动 MPI 程序的所有进程。
• 获取大小：通过 MPI_Comm_size 函数可以知道某个通信子中包含了多少个进程。

简而言之，rank 是进程在通信子中的编号，而 communicator 是一组进程及其通信规则的集合。这两个概念是 MPI 编程中进程间通信的基础。

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MPI_Init

MPI_Init 用于初始化 MPI 环境，是 MPI 程序开始执行的第一步。它负责设置 MPI 库，使进程能够参与到 MPI 通信中来。

函数原型

int MPI_Init(int *argc, char ***argv);

参数

• argc：指向命令行参数计数的指针。通常，这是传给主函数 main 的第一个参数。
• argv：指向命令行参数数组的指针。通常，这是传给主函数 main 的第二个参数。

返回值

• 成功时返回 MPI_SUCCESS。
• 发生错误时返回一个负的错误码。

说明

MPI_Init 可能会修改 argc 和 argv 的值。在 MPI_Init 调用后，argc 和 argv 应被视为未定义，除非它们在 MPI_Init 内部没有被改变。

MPI_Finalize

MPI_Finalize 用于关闭 MPI 环境，释放由 MPI 库分配的所有资源，并确保所有未完成的通信请求都已完成。

函数原型

int MPI_Finalize();

返回值

• 成功时返回 MPI_SUCCESS。
• 发生错误时返回一个负的错误码。

说明

在 MPI_Finalize 被调用之后，除了 MPI_Get_processor_name 和 MPI_Finalized 之外，不应再调用任何其他 MPI 函数。一旦 MPI_Finalize 被调用，MPI 环境就无法再次初始化。

MPI_Comm_size

MPI_Comm_size 用于查询给定通信子中的进程数量。

函数原型

int MPI_Comm_size(MPI_Comm comm, int *size);

参数

• comm：要查询的通信子。
• size：一个指向整数的指针，用于存储通信子中的进程数量。

返回值

• 成功时返回 MPI_SUCCESS。
• 发生错误时返回一个负的错误码。

MPI_Comm_rank

MPI_Comm_rank 用于查询调用进程在给定通信子中的标识符（rank）。

函数原型

int MPI_Comm_rank(MPI_Comm comm, int *rank);

参数

• comm：要查询的通信子。
• rank：一个指向整数的指针，用于存储调用进程在通信子中的标识符。

返回值

• 成功时返回 MPI_SUCCESS。
• 发生错误时返回一个负的错误码。

MPI_Send

MPI_Send 用于将数据从一个进程发送到另一个进程。其函数原型如下：

int MPI_Send(const void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm);

参数

• buf：指向要发送的数据缓冲区的指针。
• count：要发送的数据项数量。
• datatype：每个数据项的类型（例如 MPI_INT 对应整型）。
• dest：目标进程的 rank（在通信子中的标识符）。
• tag：消息标签，用于区分不同类型的消息。
• comm：通信子，定义了发送和接收进程之间的上下文。

返回值

• 成功时返回 MPI_SUCCESS。
• 如果出现错误，则返回一个负的错误码

MPI_Recv

MPI_Recv 用于从另一个进程接收数据。其函数原型如下：

int MPI_Recv(void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int source, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Status *status);

参数

• buf：指向用于存放接收到的数据的缓冲区的指针。
• count：接收缓冲区能够容纳的数据项的最大数量。
• datatype：每个数据项的类型。
• source：发送进程的 rank。如果设置为 MPI_ANY_SOURCE，则可以从任意源接收消息。
• tag：期望的消息标签。如果设置为 MPI_ANY_TAG，则可以接收任何标签的消息。
• comm：通信子。
• status：一个指向 MPI_Status 结构体的指针，用来提供关于接收到的消息的信息（如源进程rank和实际接收到的数据项数量）。如果不关心这些信息，可以传递 MPI_STATUS_IGNORE。

返回值

• 成功时返回 MPI_SUCCESS。
• 如果出现错误，则返回一个负的错误码。

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刚开始不用太在意细节，知道大概怎么用，什么效果即可。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <mpi.h>

int main(int argc, char** argv) { 

  /*
  // 初始化
  MPI_Init(NULL, NULL);

  int rank;
  // 获取进程标识，但是PID（进程ID)是运行态概念，而MPI进程则是个静态概念,所以MPI把标识抽象为0~np-1
  // MPI_COMM_WORLD表示默认通信域
  MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);

  long long sum = 0;
  for (long long i = 0; i < 10000000000; i++) sum += i;

  int size;
  // 获取通信域中包含多少进程
  MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);

  printf("I'm rank #%d total %d :Hello world! %lld\n",rank,size,sum);


  // 结束
  MPI_Finalize();
  */

  // ---------------通信----------------

  MPI_Init(NULL, NULL);
  int tag = 10086;
  int count = 1;
  MPI_Status status;
  int rank;

  MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);

  if (rank == 0) {
    int* sendbuff = (int*)malloc(sizeof(int) * count);
    sendbuff[0] = 1;
    MPI_Send(sendbuff, count, MPI_INT, 1, tag, MPI_COMM_WORLD);
    printf("I'm rank #%d, sendbuff[0] = %d\n", rank, sendbuff[0]);
  } else if (rank == 1) {
    int* recvbuff = (int*)malloc(sizeof(int) * count);
    recvbuff[0] = 200;
    printf("I'm rank #%d , before recv, recvbuff[0] = %d\n", rank, recvbuff[0]);
    MPI_Recv(recvbuff, count, MPI_INT, 0, tag, MPI_COMM_WORLD, &status);
    printf("I'm rank #%d , after recv, recvbuff[0] = %d\n", rank, recvbuff[0]);

  }
  MPI_Finalize();

  return 0;
}