使用 MPI 发送和接收派生数据类型

Question

我想以最简单的方式将 NXN 矩阵的反对角元素从根进程发送到另一个进程。可悲的是，目前我无法测试我的代码，因为计算节点已关闭。有人可以检查我的简单代码吗？

我不确定我是否正确发送了 A 的反诊断元素。反对角元素会落在接收缓冲区 B 中吗？

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

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

MPI_Init(&argc,&argv);
int size, rank;

MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank);
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&size);

int N=4;
double A[N][N];
double B[N];
MPI_Datatype antidiag;

int* blockleng=(int*)malloc(N*sizeof(int));
int* displace=(int*)malloc(N*sizeof(int));

for(int i=0; i<N; ++i){
    blockleng[i]=1;
    displace[i] = (i+1)*(N-1);
}

MPI_Type_indexed(N,blockleng,displace, MPI_DOUBLE,antidiag);
MPI_Type_commit(&antidiag);
MPI_Status status;

if(rank==0){
    A= {
            {1.0,5.0,9.0,13.0},
            {2.0,6.0,10.5,14.5},
            {3.0,7.2,11.0,15.0},
            {4.0,8.0,12.0,16.0}
    };


    MPI_Send(A,1,antidiag,1,100,MPI_COMM_WORLD);

}
if(rank==1){
    MPI_Recv(B,1,antidiag,0,100,MPI_COMM_WORLD,status);
}

MPI_Type_free(&antidiag);

MPI_Finalize();
return 0;
}

Answer 1

您的程序中有几个问题。而不是发布整个程序，我将专注于这些问题。

1. 循环内的变量声明从 C99 开始生效。如果您需要使用旧标准，循环应该是这样的，

   int i, j;  
   for(i=0; i<N; ++i){
       blockleng[i]=1;
       displace[i] = (i+1)*(N-1);
   }
   

2. 使用MPI_Type_indexed 创建 MPI 数据类型时，您的最后一个参数，新类型，必须作为指针/句柄传递：

   MPI_Type_indexed(N, blockleng, displace, MPI_DOUBLE, &antidiag);
   

3. 您将值分配给矩阵 A 的方式只能作为初始化与声明相结合的一部分，更多 here。当然，您可以分别对 0 级和其他 rank 执行此操作，但您也可以仅从 0 级文件中读取矩阵数据，

   char* file_in = "matrix_A.txt";
   FILE *fpi;
   
   fpi=fopen(file_in, "r");
   for (i=0; i<N; i++)
       for (j=0; j<N; j++)
           if (!fscanf(fpi, "%lf", &A[i][j]))
               break;
   

   作为if(rank==0){ 块的一部分。您还可以使矩阵文件名成为命令行参数，这将为您提供更大的灵活性。此时，您还希望将N 作为命令行参数，以便能够定义您正在读取的矩阵的大小。本例中使用的文件结构简单，

   1.0 5.0 9.0 13.0
   2.0 6.0 10.5 14.5
   3.0 7.2 11.0 15.0
   4.0 8.0 12.0 16.0
   

4. 同一块中的发送部分仅发送到单个等级，等级 1。如果我正确理解您的问题，您希望将反对角线从等级 0 发送到所有其他等级，这需要以下循环，

   for (i=1; i<size; i++)
       MPI_Send(A, 1, antidiag, i, 100, MPI_COMM_WORLD);
   

5. 同样，接收部分应该适用于除 0 以外的所有等级，

   else{ 
       MPI_Recv(B, N, MPI_DOUBLE, 0, 100, MPI_COMM_WORLD, &status);
   }
   

   请注意，这里还有其他更正 - 您在 N 大小的缓冲区/数组 B 中接收数据，而不是 NxN 矩阵 A。atidiag 是为矩阵 A（或 N*N 元素 1D）创建的类型缓冲区，在这种情况下是等效的）- 它不适用于 N 个元素缓冲区 B。因此，您需要更改 MPI_Recv 以期望/检索 MPI_DOUBLE 类型的 N 个元素。这是一项简洁的功能，因为它允许您将数据接收到与发送数据不同结构的数组中。您还需要传递一个指向status 的指针，因此是&status。

最后，你可以打印你的结果了，

 if (rank != 0){
    printf("Rank %d:\n", rank);
    for (i=0; i<N; i++)
      printf("%.2lf ", B[i]);
  }
  printf("\n\n");

同时请记住，MPI 打印到stout 不是根据等级编号排序的，更重要的是，在打印过程中等级可能会相互中断。刷新stdout 可能会有所帮助，但更好的选择是写入文件。在这种情况下，在我的系统上，输出按原样打印。最多使用 6 个进程进行测试。

最后一点 - 通常在将 1 个进程发送给所有其他进程的情况下，您应该考虑使用像 MPI_Bcast 这样的集体通信功能。这些函数经过高度优化，在专门处理的情况下优于 Send\Recv。现在，使用Bcast，您需要将接收到的对角线实际存储在所有等级的 A 矩阵中，然后将其复制到数组/缓冲区 B在 0 以外的等级上。这会增加几个步骤，所以我将其保留在您的帖子中。