MPI并行

一、环境搭建

在Ubuntu运行

1.gcc/g++环境配置
Ubuntu默认没有安装gcc/g++等编译环境。
为简化环境配置，可以使用build-essential软件包。该软件包内包含了gcc/g++/gfortran等编译器.

sudo apt install build-essential

2.mpich环境配置
使用如下命令安装mpich：

sudo apt install mpich

3.安装完成后，各个版本信息查看：
（1）gcc版本查看（C语言编译器）：

gcc -v

（2）g++版本查看（C++编译器）

g++ -v

（3）mpicc版本查看（使用C语言编写的MPI程序，需要使用mpicc进行编译）

mpicc -v

（4）mpic++版本查看（使用C++编写的MPI程序，需要使用mpic++进行编译）

mpic++ -v

二、基本程序编译运行

1.mpi程序编译

mpicc -o XXX XXX.cpp // 使用C语言编写的MPI程序

mpic++ -o XXX XXX.cpp // 使用C语言编写的MPI程序

2.mpi程序运行

mpirun -np Y ./XXX
//  Y表示的是一个数字，代表并行运行的进程数目。
//  XXX表示源程序文件

3.实例
每个程序猿的开始：hello world

// hello.cpp
#include <iostream>
#include "mpi.h"
//使用了MPI程序需要包含mpi.h头文件
using namespace std;
 
int main(int argc, char** argv)
{
   
    MPI_Init( &argc , &argv);
    cout<<"Hello world!"<<endl;
    MPI_Finalize();
    return 0;
}

编译：

mpic++ -o hello.o hello.cpp

运行：

mpirun -np 3 ./hello.o
// 3：3个进程	运行hello.o

三、MPI基本数据类型

MPI 数据类型	C语言数据类型
MPI_CHAR	char
MPI_SHORT	short int
MPI_INT	int
MPI_LONG	long / long int
MPI_FLOAT	float
MPI_DOUBLE	double
MPI_LONG_DOUBLE	long double
MPI_UNSIGNED_CHAR	unsigned char
MPI_UNSIGNED_SHORT	unsigned short
MPI_UNSIGNED_INT	unsigned int
MPI_UNSIGNED_LONG	unsigned long
MPI_BYTE
MPI_PACKED

四、MPI基本函数

//初始化函数。MPI_INIT是MPI程序的第一个调用，完成MPI程序的所有初始化工作,启动MPI环境，标志并行代码的开始,因此要求main函数必须带参数运行
int MPI_Init(int *argc, char **argv)
 
//退出/结束函数。它是MPI程序的最后一个调用，结束MPI程序的运行，是MPI程序的最后一条可执行语句。它标志并行代码的结束，结束除主进程外其它进程
int MPI_Finalize(void)
    
//允许在MPI_Init前使用的函数,检测MPI系统是否已经初始化
int MPI_Initialized(int* flag)
 
//获取处理器的名称,在返回的name中存储所在处理器的名称,resultlen存放返回名字所占字节,应提供参数name不少于MPI_MAX_PRCESSOR_NAME个字节的存储空间
int MPI_Get_processor_name(char* name, int* resultlen)
 
//返回调用时刻的墙上时间，用浮点数表示秒数,墙上时钟时间wall clock time，也叫时钟时间，是指从进程从开始运行到结束，时钟走过的时间，这其中包含了进程在阻塞和等待状态的时间。用来计算程序运行时间。
double MPI_Wtime(void)

五、几个程序案例

1.Print：输出每个进程的信息和运行时间

// print.cpp
#include <iostream>
#include "mpi.h"
using namespace std;
 
int main(int argc, char** argv)
{
   
    int pid, pnum,namelen;
    double starttime;
    char processor_name[MPI_MAX_PROCESSOR_NAME];
 
    MPI_Init( &argc , &argv);
    //初始化
    starttime=MPI_Wtime();
    //开始时间
    MPI_Comm_size( MPI_COMM_WORLD , &pnum);
    //获取通信域内进程个数
    MPI_Comm_rank( MPI_COMM_WORLD , &pid);
    //获取本进程的rank
    MPI_Get_processor_name( processor_name , &namelen);
    //获取processor_name
    cout<<"this is "<<pid<<" of "<<pnum<<" and my name is "<< processor_name <<endl;
    cout<<"this is "<<pid<<" and spend ";
    printf("%.6lf s\n",MPI_Wtime()-starttime);
    //输出信息
    MPI_Finalize();
    //结束并退出
 
    return 0;
}

mpic++ -o print.o print.cpp
 
mpirun -np 3 ./print.o

2.π的计算
莱布尼兹公式：
π = 4 ( 1 − 1 3 + 1 5 − 1 7 + . . . + ( − 1 ) n 1 2 n + 1 + . . . ) \pi = 4(1 - \frac1 3 + \frac1 5 - \frac1 7 + ... +(-1)^n\frac1 {2n+1} + ...) π=4(1−31​+