MPI_Reduce 没有按预期工作

Question

我对 MPI 很陌生，我正在尝试使用 MPI_Reduce 来查找整数数组的最大值。我有一个大小为arraysize 的整数数组arr，这是我的代码：

MPI_Init(&argc, &argv);
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &number_of_processes);
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &my_process_id);
MPI_Bcast(arr, arraysize, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
MPI_Reduce(arr, &result, arraysize, MPI_INT, MPI_MAX, 0, MPI_COMM_WORLD);

if(!my_process_id){
    printf("%d", result);
}

MPI_Finalize();

我的程序在 8 个进程上编译并运行，没有任何问题，但是，屏幕上没有打印任何内容。出于调试目的，我将条件更改为if(my_process_id)（没有!）并运行。然后我得到一个奇怪的输出，例如00030000，其中 3 可能不确定地位于此列表中的任何位置。 3 是我的数组的第一个值（但不是最大值）。我一般都了解并行编程（不是专家，但我通常知道我在做什么）但我对 MPI 很陌生，因为我可能会犯一个明显的错误。我在网上看到的所有教程都有与我相似的代码示例，我不知道我做错了什么。

谢谢，

可以。

Answer 1

MPI_Reduce 完全按照它应该的方式工作。没有按照应有的方式使用它。

MPI_Reduce 执行element-wise 数据缩减，分布在 MPI 作业的等级中。源缓冲区和目标缓冲区都应该是大小为arraysize 的数组，例如：

int arr[arraysize];
int result[arraysize];

// Fill local arr with meaningful data
...
// Perform reduction
MPI_Reduce(arr, result, arraysize, MPI_INT, MPI_MAX, 0, MPI_COMM_WORLD);

MPI_Reduce 的作用如下：

result[0] = max(arr_0[0], arr_1[0], ..., arr_(N-1)[0]);
result[1] = max(arr_0[1], arr_1[1], ..., arr_(N-1)[1]);
...
result[arraysize-1] = max(arr_0[arraysize-1], ..., arr_(N-1)[arraysize-1]);

其中arr_0 是排名0 中arr 的副本，arr_1 是排名1 中arr 的副本，依此类推。

MPI_Bcast 的组合，然后是 MPI_MAX 的缩减，绝对没有，因为 arr 的所有副本在广播和元素应用后将具有相同的值 -明智的max 减少只会产生相同的值。更糟糕的是，我假设您的代码中的result 是一个标量整数变量，因此MPI_Reduce 将覆盖arraysize-1 元素超过result 并且很可能会破坏堆栈帧，覆盖排名中my_process_id 的值0 所以它不再是 0 （因此没有打印任何内容）并在之后崩溃排名 0。当然，这完全取决于局部变量在堆栈中的排列方式——其影响可能没有我描述的那么严重。

如果你想找到一个数组的最大值，你应该首先使用MPI_Scatter分配它，然后使用MPI_Reduce进行元素归约，然后对结果进行另一次归约：

int elements_per_proc = arraysize/number_of_processes;
int arr[arraysize];
int subarr[elements_per_proc];
int partres[elements_per_proc];

// Distribute the array
MPI_Scatter(arr, elements_per_proc, MPI_INT,
            subarr, elements_per_proc, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);

// Perform element-wise max reduction
MPI_Reduce(subarr, partres, elements_per_proc, MPI_INT,
           MPI_MAX, 0, MPI_COMM_WORLD);

// Take the highest of the partial max values
result = partres[0];
for (int i = 1; i < elements_per_proc; i++)
   if (partres[i] > result) result = partres[i];

现在你有了result中最大元素的值。

甚至更好：

int localmax;

// Distribute the array
MPI_Scatter(arr, elements_per_proc, MPI_INT,
            subarr, elements_per_proc, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);

// Find the maximum element of the local subarray
localmax = subarr[0];
for (int i = 1; i < elements_per_proc; i++)
   if (subarr[i] > localmax) localmax = subarr[i];

// Perform global max reduction
MPI_Reduce(&localmax, &result, 1, MPI_INT, MPI_MAX, 0, MPI_COMM_WORLD);