MPI Nedir? Noktadan Noktaya Haberleşme

Transkript

1 1 MPI Nedir? Noktadan Noktaya Haberleşme (Kısım 2) Nisan 2009 Özden AKINCI İTÜ Bilişim Enstitüsü UYBHM Uygulama Uzmanı

2 2 Özet MPI Nedir? MPI Kullanmanın Nedenleri? MPI Programı Nasıl Derlenir? MPI Programı Nasıl Çalıştırılır? Bilgilendirme Fonksiyonlari Çevre Düzenleme Fonksiyonları Basit Noktadan Noktaya Haberleşme (Gönderme/Alma) MPI Veritipleri Noktadan Noktaya Haberleşme

3 3 MPI MPI, standartları belirlenmiş, mesajlaşma kütüphenesidir. MPI arayüzü mesajlaşmalı programlama için geniş kullanıma sahip standarttır. Standart? Pratik, Taşınabilir, Etkili, Esnek Arayüz tanımlamaları C/C++ ve Fortran programlama dilleri için standarttır. Java konusunda farklı projeler geliştirilmektedir.

4 4 MPI Kullanmanın Nedenleri? Standart: Standart olarak kabul edilen mesajlaşma kütüphanedir (Kasım 1993). Taşınabilirlik: MPI standartlarını destekleyen farklı platformlar arasında uygulama taşımaları sonucunda kod üzerinde herhangi bir değişiklik yapmaya gerek yoktur. Performans Fırsatları: Yazılım geliştiricileri donanımın özelliklerini göz önünde bulundurarak eniyileme yapabiliyor. Fonksiyon yapısı: MPI ten fazla fonksiyona sahiptir. MPI fonksiyona sahiptir. Erişilebilirlik: MPI ın farklı şirketler/gönüllüler tarafından geliştirilmiş (optimize) ücretli/ücretsiz sürümleri bulunmaktadır.

5 5 MPI Programı Nasıl Derlenir? C: mpicc mpi_program.c o program.exe C++: mpic++ mpi_program.c o program.exe mpicc mpi_program.c o program.exe Fortran: mpif77 mpi_program.f77 o program.exe mpif90 mpi_program.f90 o program.exe

6 6 MPI Programı Nasıl Derlenir? Intel MPI C: mpiicc mpi_program.c o program.exe C++: mpiicpc mpi_program.c o program.exe Fortran: mpiifort mpi_program.f77 o program.exe mpiifort mpi_program.f90 o program.exe

7 7 MPI Programı Nasıl Çalıştırılır? mpirun np <islemci_sayisi> -machinefile <makina_dosyasi> program.exe <program_argumanlari>

8 8 MPI (Message Passing Interface) Fonksiyon kategorileri: Başlatma/sonlandırma fonksiyonları Noktadan noktaya haberleşme fonksiyonları Toplu haberleşme fonksiyonları Haberleşme topolojisi fonksiyonları Kullanıcı veritipi tanımlama fonksiyonları Araçlar (örn. Zaman ölçme)

9 9 En Küçük MPI Program Yapısı MPI başlık dosyası #include<mpi.h> include mpif.h MPI çevresini hazırlama MPI_Init MPI çağrıları ve problemin çözülmesi MPI çevresini sonlandırma MPI_Finalize

10 10 MPI Fonksiyonlarının Formatı (C) Format: rc = MPI_Xxxxx(parameter,... ) Örnek: rc = MPI_Bsend(&buf,count,type,dest,tag,comm) Hata kodu: "rc olarak döner. Başarılı ise MPI_SUCCESS.

11 11 MPI Fonksiyonlarının Formatı (FORTRAN) Format: CALL MPI_XXXX(parameter,...,ierr ) call mpi_xxxx(parameter,...,ierr ) Örnek: CALL MPI_Bsend(buf,count,type,dest,tag,comm,ierr) Hata kodu: ierr olarak döner. Başarılı ise MPI_SUCCESS.

12 12 Haberleşme Ortamının Haberleşme Nesneleri, Haberleşme dünyaları, Grupları kullanarak olmaktadır. Kurgulanması MPI fonksiyonlarının pek çoğu haberleşme dünyasına (communicator) ihtiyaç duymaktadır. İhtiyaç duyulması halinde basit olarak MPI_COMM_WORLD haberleşme dünyası olarak kullanılabilir. MPI_COMM_WORLD MPI süreçlerinin tamamını kapsamaktadır.

13 13 Haberleşme Ortamının Kurgulanması MPI_Comm_size Haberleşme dünyası ile ilişkili grubun boyutunu belirler. MPI_Comm_rank Sürecin haberleşme dünyasındaki sıra numarasını belirler MPI_COMM_WORLD 7 5 yönetici süreç olarak isimlendirilir.

14 14 Haberleşme Ortamının Sıra numarası (ing. rank): Tekildir, Sıfırdan başlar, Tam sayıdır, Ardışıktır. Kurgulanması Süreç başlatıldığında sistem tarafından atanır, Zaman zaman süreç no (İNG. process ID) olarak isimlendirilir.

15 15 Çevresel Yönetim Fonksiyonları Amaç: MPI çevresini hazırlamak, MPI çevresini sonlandırmak, MPI çevresini sorgulamak, Sıra numarası v.s. belirlemek.

16 16 Çevresel Yönetim Fonksiyonları MPI_Init MPI çalışma çevresini hazırlamak, Her MPI programında mutlaka olmalıdır, Herhangi bir MPI fonksiyonundan önce çağrılmalıdır, MPI programı içerisinde bir defa çağrılmalıdır, C programlamada, MPI_Init ile komut satırı argümanları tüm süreçlere gönderilir. int MPI_Init(int *argc, char **argv[]) MPI_INIT(ierr)

17 17 Çevresel Yönetim Fonksiyonları MPI_Finalize MPI çalıştırma çevresini sonlandırır, Bu fonksiyondan sonra herhangi bir MPI fonksiyonu çağrılamaz. int MPI_Finalize (void) MPI_FINALIZE (ierr)

18 18 MPI_Comm_size Çevresel Yönetim Fonksiyonları Haberleşme dünyası ile ilgili grubun kaç sürece sahip olduğunu belirler. Genellikle, MPI_COMM_WORLD haberleşme ortamı uygulamanın kullanacağı süreç sayısını belirtir. int MPI_Comm_size (MPI_COMM_WORLD,int *size) MPI_COMM_SIZE (MPI_COMM_WORLD,size,ierr)

19 19 MPI_Comm_rank Çevresel Yönetim Fonksiyonları Çağrıldığı sürecin haberleşme ortamındaki sıra numarasını belirler. MPI_COMM_WORLD haberleşme ortamında sıra numarası 0 (Süreç-1) arasında tekil tam sayıdır. Sıra numarası süreç no. ya karşılık gelmektedir. int MPI_Comm_rank (MPI_COMM_WORLD,int *rank) MPI_COMM_RANK (MPI_COMM_WORLD,rank,ierr)

20 20 Çevresel Yönetim Fonksiyonları MPI_Get_processor_name İşlemci adını döndürür, Ayrıca adın uzunluğu bilgisini de verir. int MPI_Get_processor_name (char *name, int *length) MPI_GET_PROCESSOR_NAME (processorname,namelen, ierr)

21 21 MPI_Wtime Çevresel Yönetim Fonksiyonları Çağrılan işlemcide geçen duvar-saati zamanını (İNG. wallclock time) saniye türünden döndürür. double MPI_Wtime() MPI_WTIME()

22 22 MPI_Abort Çevresel Yönetim Fonksiyonları Haberleşme ortamıyla bağlantılı MPI süreçlerini sonlandırır. int MPI_Abort( MPI_COMM_WORLD,int errorcode ) MPI_ABORT( MPI_COMM_WORLD,errorcode,ierr )

23 23 Veri Gönderme MPI_Send İstenilen veriyi istenilen noktaya blokluşekilde gönderir. int MPI_Send( void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm ) Basit bloklu gönderme işlemidir. Fonksiyon, gönderici sürecinin uygulama tamponu tekrar kullanmaya uygun olduğunda sonlanmaktadır.

24 24 Veri Gönderme MPI_Send Fortran formatı: MPI_SEND( buf, count, MPI_Datatype datatype, dest, tag, comm, ierr )

25 25 Veri Alma MPI_Recv Belirli bir veriye istenilen kaynaktan almayı bloklu bir şekilde yapmaktadır. int MPI_Recv( void *buf, int count, MPI_Datatype datatype, int source, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Status *status ) Fonksiyon, alıcı süreci bir mesaj alana ve uygulama tamponunda istenilen veri olana kadar sonlanmayacaktır.

26 26 Veri Alma MPI_Recv Fortran formatı: MPI_RECV( buf, count, MPI_Datatype datatype, source, tag, comm, MPI_Status status,ierr )

27 27 Öntanımlı Veri Tipleri (C) MPI_CHAR MPI_INT MPI_FLOAT MPI_DOUBLE MPI_LONG_DOUBLE MPI_SHORT MPI_LONG signed char signed int float double long double signed short int signed long int

28 28 Öntanımlı Veri Tipleri (Fortran) MPI_CHARACTER MPI_INTEGER MPI_REAL MPI_DOUBLE_PRECISION MPI_COMPLEX MPI_DOUBLE_COMPLEX character integer real double precision complex double complex

29 29 Öntanımlı Veri Tipleri (C) MPI_UNSIGNED MPI_UNSIGNED_CHAR MPI_UNSIGNED_SHORT MPI_UNSIGNED_LONG MPI_BYTE MPI_PACKED unsigned int unsigned char unsigned short int unsigned long int 8 binary digits data packed/unpacked with MPI_Pack()/ MPI_Unpack

30 30 Öntanımlı Veri Tipleri (Fortran) MPI_LOGICAL MPI_BYTE MPI_PACKED logical 8 binary digits data packed/unpacked with MPI_Pack()/ MPI_Unpack

31 31 Veri Gönderme Gönderilen veri sistem tamponuna sığıyorsa: Tampon Gönderici Alıcı MPI_Send MPI_Recv Uygulama Tamponu Sistem Tamponu Alıcı MPI_Recv i çağırdığı zaman veri, sistem tamponundan alınmaktadır.

32 32 Veri Gönderme Gönderilen veri sistem tamponuna sığmıyorsa: Tampon Gönderici MPI_Send Uygulama Tamponu Alıcı MPI_Recv Veri aktarımı tamamlandı.

33 33 Noktadan Noktaya Haberleşme Haberleşme kipi (mod) gönderme fonksiyonu ile belirlenmektedir. Toplam dört adet bloklu gönderme fonksiyonu bulunmaktadır. Toplam dört adet bloksuz gönderme fonksiyonu bulunmaktadır. Alma fonksiyonu haberleşme kipini belirlememektedir. Alma fonksiyonları bloklu ya da bloksuz olabilirler.

34 34 Noktadan Noktaya Haberleşme Haberleşme Kipi Bloklu Bloksuz Senkronize MPI_Ssend MPI_Issend Hazır MPI_Rsend MPI_Irsend Tamponlu MPI_Bsend MPI_Ibsend Standard MPI_Send MPI_Isend MPI_Recv MPI_Irecv MPI_Sendrecv Alma fonksiyonları sadece bloklu (MPI_Recv) ya da bloksuz (MPI_Irecv) olabilir.

35 35 Etkinlik 1 helloworld1.c programını aşağıdaki şartları sağlayacak şekilde doldurun: I. Yönetici (master): Ekrandan girilen sayıyı alıp, üzerine bir ekleyip sonraki sürece (1) gönderecek. II. 1-(son-1) süreçleri: Önceki süreçten değeri alıp, ekrana alındı bilgisini yazdıktan sonra değere bir ekleyip sonrakine gönderecek. III. Son süreç: Öncekinden değeri alıp, alındı mesajını ekrana yazacak.

36 36 Etkinlik 1 Zaman Süreç 0 arttır ve gönder Süreç 1 arttır ve gönder Süreç 2 arttır ve gönder Süreç 3 Tamsayı değer girişi Mesajı yazdır Mesajı yazdır Mesajı yazdır

37 37 Etkinlik 2 helloworld2.c programını aşağıdaki şartları sağlayacak şekilde doldurun: I. MPI süreçleri bir tamsayı değerini soldan sağa doğru arttırarak geçirmekte ve herbir adımı ekrana yazmaktadırlar. II. Yönetici (master) süreç, tüm süreçlerin bittiğini ekrana bilgi göndererek rapor etmektedir.

38 38 Etkinlik 2 Zaman Süreç 0 arttır ve gönder Süreç 1 arttır ve gönder Süreç 2 arttır ve gönder Süreç 0 Tamsayı değer girişi Mesajı yazdır Mesajı yazdır Tüm işlerin bittiğini raporla

39 39 Kısa Bir Ara...