高性能计算之MPI：第一次MPI并行程序设计练习

第一次MPI并行程序设计练习第一题定积分计算题目要求设计MPI并行程序计算定积分f010xdxf_{0}^{10}\sqrt{x}dxf010​x​dx。解题思路这题非常简单首先我们设定有 n 个进程分任务并行完成这个计算需求。每个进程要计算 m 个小曲边梯形的面积。然后规定除了 0 进程以外的进程把计算的结果发给 0 进程然后再由 0 进程统一把计算的部分结果加起来就是整个定积分的值了怎么计算曲边梯形的面积呢稍微啰嗦一下下假设当前进程的秩是 rank那么这个进程处理的区间的左边界一定是rank * m然后在该进程下每次计算的曲边梯形的高h f((rank * m k) * w w / 2)这个f(x)也就是被积函数这个 w 也就是每个进程处理的区间的每个小曲边梯形的步长也就是人家的底边。每次我们计算小曲边梯形的底边中点对应的高就是 h了然后累积它们即可解题代码#includempi.h#includestdio.h#includestdlib.h#includemath.hdoublef(doublex){returnsqrt(x);// f(x) sqrt(x)}intmain(intargc,char**argv){intrank,size;doubles0.0,t10.0;MPI_Init(argc,argv);MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,rank);MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,size);intpro_numsize;intper_num10000,k;doublew(t-s)/(1.0*pro_num*per_num);doublepart_num0.0,x;for(k0;kper_num;k){xs(1.0*rank*per_numk)*ww/2.0;part_numf(x)*w;}if(0!rank){MPI_Send(part_num,1,MPI_DOUBLE,0,rank,MPI_COMM_WORLD);}else{intj0;doubleresultpart_num;doubletemp_res;for(j1;jsize;j){MPI_Recv(temp_res,1,MPI_DOUBLE,j,j,MPI_COMM_WORLD,MPI_STATUSES_IGNORE);resulttemp_res;}printf(The result is : %.3lf\n,result);}MPI_Finalize();return0;}解题结果解题感悟这题还是比较easy的相比课题上那不是人的seidel迭代、超松弛迭代……这个还算非常友好不过需要注意的是这个Linux里头啊编译带有 math.h 的数学库需要在后面加一个参数 -lm 来告知编译器你用了 math 库第二题计算圆周率PI定积分拓展题目要求想办法计算圆周率PI要用MPI并行程序设计解题思路已知PI arctan(1) * 4于是有下列计算PI的公式π4∗f0111x2dx\pi 4 * f_{0}^{1}\frac{1}{1 x^2}dxπ4∗f01​1x21​dx这样就和上面第一题完全一样的啦就不多解释了直接上代码吧解题代码#includempi.h#includestdio.h#includestdlib.hdoublef(doublex){// f(x) 1/(1 x^2)return(1.0/(1x*x));}intmain(intargc,char**argv){intrank,size;doubles0.0,t1.0;MPI_Init(argc,argv);MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,rank);MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,size);intpro_numsize;intper_num100000,k;doublew(t-s)/(1.0*pro_num*per_num);doublepart_num0.0,x;for(k0;kper_num;k){xs(1.0*rank*per_numk)*ww/2.0;part_numf(x)*w;}if(0!rank){MPI_Send(part_num,1,MPI_DOUBLE,0,rank,MPI_COMM_WORLD);}else{intj0;doubleresultpart_num;doubletemp_res;for(j1;jsize;j){MPI_Recv(temp_res,1,MPI_DOUBLE,j,j,MPI_COMM_WORLD,MPI_STATUSES_IGNORE);resulttemp_res;}result*4;printf(The result is : %.3lf\n,result);}MPI_Finalize();return0;}解题结果解题感悟本题的做法理应非常多还可以去做级数因为PI cos(-1) ……级数的表示所以还可以分任务并行计算这个级数然后近似得到结果第三题环形乒乓球题目要求乒乓球是一项双人运动要求是A发球随后B接球……如此循环往复要求利用MPI并行程序设计得到两个计算节点或者是同一计算节点下的两个进程并行完成接球与发球做到两个进程双方来回打乒乓球一定要是A发完球B才能接球B发球时A同理解题思路两方发球接球倒是很简单的事情只需要两个进程并行完成消息传递即可但是后面的要求是要A完成发球B才能接球由于程序的运行、内存的分配在不同的两个进程中是相互独立的所以可能出现A一直调度而B比较慢又无法抢占调度出现A连续发球好几次B才接到球这样的情况所以我们用Sleep()的方式处理要求A在发球后立刻进入阻塞队列好让B有机会调度等到B发球的时候同理解题代码#includempi.h#includestdio.h#includeunistd.hintmain(intargc,char**argv){MPI_Init(NULL,NULL);intworld_size;MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,world_size);intworld_rank;MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,world_rank);if(2!world_size){fprintf(stderr,error: must have two process in %s \n,argv[0]);MPI_Abort(MPI_COMM_WORLD,1);}intLIMIT10,count0,tag10,tag20;while(countLIMIT){if(tag1tag2)MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD);if(world_rank1){MPI_Recv(count,1,MPI_INT,0,tag2,MPI_COMM_WORLD,MPI_STATUS_IGNORE);tag2;printf(1 process received %d from 0 process\n,count);sleep(1);count;MPI_Send(count,1,MPI_INT,0,tag2,MPI_COMM_WORLD);}else{count;MPI_Send(count,1,MPI_INT,1,tag1,MPI_COMM_WORLD);tag1;MPI_Recv(count,1,MPI_INT,1,tag1,MPI_COMM_WORLD,MPI_STATUS_IGNORE);printf(0 process received %d from 1 process\n,count);sleep(1);}}MPI_Finalize();return0;}解题结果这里我们就可以看到我们做到了每一轮收到的一方都是上一轮发球的一方解题感悟自认为这题我做的很糟糕因为我采用这种强行阻断进程强行让进程进入阻塞队列的Sleep()函数导致了效率非常底下希望各位前辈大佬带带刚刚入门高性能计算的小弟教教我有无高效的做法完成这种来回进程调度