第六讲消息传递编程接口 MPI

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,*,第六讲,消息传递编程接口,MPI,三、,MPI,数据类型,1,MPI,数据类型,MPI,数据类型定义,MPI,数据类型的大小、上下界、域及相关函数,MPI,新数据类型的创建、提交与释放,MPI,数据的打包与解包,2,MPI,数据类型,MPI,原始数据类型,MPI,消息传递通常只能处理,连续存放,的,同一类型,的数据,MPI,自定义数据类型,如果需要发送或接收具有复杂结构的数据时，可以使用自定义数据类型,使用自定义数据类型的好处：,有效减少消息传递次数，增大通信粒度，同时可以避免或减少消息传递时数据在内存中的拷贝,MPI,的数据类型只用于消息传递,！,3,MPI,数据类型定义,MPI,数据类型由两个相同长度的序列组成：,类型序列,和,位移序列,t,1, t,2, t,3, .,t,n,d,1, d,2, d,3, .,d,n,t,i,的取值为,基本数据类型,d,i,表示位移，取值,为整数，以,字节,为单位,新建的数据类型称为,复合数据类型,MPI,数据类型图,(,t,1,d,1,),(,t,2,d,2,),(,t,3,d,3,), .,(,t,n,d,n,),这个新的数据类型包含,n,个数据，其中第,i,个数据的数据类型为,t,i,，该数据离首地址的距离为,d,i,4,举例,例：,设数据类型,mytype,的数据类型图为,(,MPI_REAL,4,),(,MPI_REAL,12,),(,MPI_REAL,0,),则下面的语句：,real A(100),. .,call MPI_SEND(A, 1,mytype, . ),发送的数据为,A(2), A(4), A(1),5,数据类型的大小,数据类型的大小,该数据类型中包含的数据长度，即,字节数,(,t,1,d,1,),(,t,2,d,2,),(,t,3,d,3,), .,(,t,n,d,n,),sizeof(,t,1,),+,sizeof(,t,2,),+ . +,sizeof(,t,n,),设一个数据了下的类型图为,则它的大小为,例：,设数据类型,mytype,的数据类型图为,(,real,4,),(,real,12,),(,real,0,),则,mytype,的大小为,12,6,数据类型的上下界,(,t,1,d,1,),(,t,2,d,2,),(,t,3,d,3,), .,(,t,n,d,n,),数据类型的下界：,类型图中的最小位移，即,数据类型的上界：,数据类型的域,(,extent,),：上界 下届,7,数据类型的对界量,原始数据类型的,对界量：,由编译系统决定,地址对界要求：,一个数据类型在内存中所占的字节数必须是其对界量的整数倍,地址对界修正量：,使得新建数据类型的,域,能被其对界量整除的,最小非负整数,复合数据类型的对界量：,其所包含的基本数据类型的对界量的,最大值,8,举例,例：,假设,MPI_DOUBLE_PRECISION,和,MPI_INTEGER,的对界量均为,4,，,MPI_BYTE,的对界量为,1,，考虑下面的数据类型,(,MPI_DOUBLE_PRECISION,0,),(,MPI_BYTE,12,),(,MPI_INTEGER,8,),对界量为,，上界为,，下界为,，域为,，地址对界修正量为,。,4,16,0,16,3,9,两个特殊的数据类型,MPI_LB,、,MPI_UB,伪数据类型，大小为,0,它们的作用：人工指定新建数据类型的上下界,若数据类型中含,MPI_LB,，则下界定义为,MPI_LB,的位移的最小值；,若数据类型中含,MPI_UB,，则上界定义为,MPI_UB,的位移的最大值；,例：,下面的数据类型的下界为,-4,(,MPI_REAL,4,),(,MPI_LB,12,),(,MPI_REAL,0,),(,MPI_LB,-4,),10,数据类型查询函数,MPI_TYPE_EXTENT(,datatype, extent,),MPI_TYPE_SIZE(,datatype, size,),MPI_TYPE_UB(,datatype, displacement,),MPI_TYPE_LB(,datatype,displacement,),详细用法见相关参考资料,11,新数据类型的创建,新数据类型创建函数,MPI_TYPE_CONTIGUOUS,MPI_TYPE_VECTOR,、,MPI_TYPE_HVECTOR,MPI_TYPE_INDEXED,、,MPI_TYPE_HINDEXED,MPI_TYPE_STRUCT,新数据类型的提交：,MPI_TYPE_COMMIT,若使用新数据类型进行,通信,，则必须先提交,过渡数据类型不用提交，用完后就可直接释放,新数据类型的释放：,MPI_TYPE_FREE,数据的打包和解包：,MPI_PACK,、,MPI_UNPACK,12,MPI_TYPE_CONTIGUOUS,MPI_TYPE_CONTIGUOUS,(count,oldtype,newtype,),参数,IN,count,复制个数,IN,oldtype,旧数据类型,OUT,newtype,新数据类型,C,int,MPI_Type_contiguous(,int,count,MPI_Datatype,oldtype,MPI_Datatype,*,newtype,),F77,MPI_TYPE_CONTIGUOUS,(,COUNT, OLDTYPE,NEWTYPE, IERR,),INTEGER,COUNT, OLDTYPE, NEWTYPE, IERR,连续复制：,将原数据类型,oldtype,按顺序依次连续复制后，得到一个新的数据类型,注：,oldtype,可以是原始数据类型，也可以是已创建的复合数据类型。,13,举例,integer n, type1,parameter (n=100),real,a(n,),. .,. .,call,MPI_TYPE_CONTIGUOUS,(n,MPI_REAL,type1,ierr),call,MPI_TYPE_COMMIT,(,type1,ierr),call MPI_SENDRECV_REPLACE(a,1,type1,dst,111,src, 111,MPI_COMM_WORLD,status,ierr),. .,上面的消息传递等价于,call MPI_SENDRECV_REPLACE(a,100,MPI_REAL,dst,111,src,111,MPI_COMM_WORLD,status,ierr),14,MPI_TYPE_,VECTOR,MPI_TYPE_VECTOR,(count,blocklen,stride,oldtype,newtype,),C,int,MPI_Type_vector,(,int,count,int,blocklen,int,stride,MPI_Datatype,oldtype,MPI_Datatype,*,newtype,),F77,MPI_TYPE_VECTOR,(,COUNT,BLOCKLEN,STRIDE,OLDTYPE, NEWTYPE, IERR,),INTEGER,COUNT,BLOCKLEN,STRIDE,OLDTYPE, NEWTYPE, IERR,创建向量数据类型：,先连续复制,blocklen,个,oldtype,类型的数据，形成一个数据块；再通过,等间隔,地复制,count,个该数据块而形成新的数据类型；相邻两个数据块的,起始位置,的位移相差为,stride*,extent(,oldtype,),个字节。,15,举例,integer n, type1,parameter (n=100),real,A(n,n,),. .,. .,call,MPI_TYPE_VECTOR,(n,1,n,MPI_REAL,type1,ierr),call,MPI_TYPE_COMMIT,(,type1,ierr),call MPI_SEND(A,1,type1,dst,.),. .,上面发送的是,A,的第一行。大家看看下面发送的是什么？,call,MPI_TYPE_VECTOR,(n-2,n-2,n,MPI_REAL,type1,ierr,),call,MPI_TYPE_COMMIT,(,type1,ierr),call MPI_SEND(A(2,2),1,type1,dst,.),思考：怎样发送,A,的对角线？,16,MPI_TYPE_,HVECTOR,MPI_TYPE_HVECTOR,(count,blocklen,stride,oldtype,newtype,),功能同,MPI_TYPE_VECTOR,唯一区别为这里的,stride,以字节为单位,17,MPI_TYPE_,INDEXED,MPI_TYPE_INDEXED,(count,array_of_blocklens,array_of_disps,oldtype,newtype,),创建索引数据类型：,该函数生成的新数据类型由,count,个数据块构成，第,i,个数据块包含,array_of_bloklens(i,),个连续存放的,oldtype,，第,i,个数据块与首地址的偏移量,(,字节数,),为,array_of_disps(i,)*,extent(oldtype,),。,可以看作是,MPI_TYPE_VECTOR,的扩展，区别是每个数据块的,长度可以不同,，数据块之间的,间隔也可以不同,。,18,MPI_TYPE_HINDEXED,MPI_TYPE_HINDEXED,(count,array_of_blocklens,array_of_disps,oldtype,newtype,),功能同,MPI_TYPE_INDEXED,唯一区别为这里的,array_of_disps,以字节为单位,19,MPI_TYPE_,INDEXED,MPI_TYPE_STRUCT,(count,array_of_blocklens,array_of_disps,array_of_types,newtype,),创建结构数据类型：,与,MPI_TYPE_HINDEXED,的区别在于每个数据块的,数据类型可以不同,。这里的,array_of_disps,以字节为单位,该函数是最一般的新数据类型的构造函数，也是使用最广泛的一个，正确使用此函数在实际应用中非常重要,20,数据类型的提交与释放,新数据类型的提交,新数据类型的释放,MPI_TYPE_COMMIT(,newdatatype,),MPI_TYPE_FREE(,newdatatype,),21,地址函数,MPI_ADDRESS(,location, address,),返回指定变量在内存中的 “绝对” 地址,C,int,MPI_Address,(,void,*location,MPI_Aint,*address,),F77,MPI_ADDRESS,(,LOCATION, ADDRESS, IERR,),LOCATION(*),INTEGER,ADDRESS, IERR,22,数据的打包,MPI_PACK(,inbuf,incount,datatype,outbuf,outsize, position,comm,),将缓冲区,inbuf,中的,incount,个类型为,datatype,的数据进行打包，打包后的数据放在缓冲区,outbuf,中。,outsize,给出的是,outbuf,的总长度（字节数），,comm,是发送打包数据时将使用的通信器。,position,是打包缓冲区中的位移，每次打包第一次调用,MPI_PACK,时用户应该将其置为,0,，随后,MPI_PACK,将自动修改它，使得它总是指向打包缓冲区中尚未使用部分的起始位置。每次调用,MPI_PACK,后的,position,实际上就是已打包数据的总长度。通过连续几次对不同位置的数据进行打包，就可以将不连续的数据放到一个连续的空间中,23,数据的解包,MPI_UNPACK(,inbuf,insize,position,outbuf,outcount,datatype,comm,),是,MPI_PACK,的逆操作：它从,inbuf,中拆包,outcount,个类型为,datatype,的数据到,outbuf,中。,函数的各项参数与,MPI_PACK,类似，只不过这里的,inbuf,和,insize,对应于,MPI_PACK,中的,outbuf,和,outsize,，而,outbuf,和,outcount,则对应于,MPI_PACK,中的,inbuf,和,incount,24,