使用MPI 计算积分

小灰灰 2022-07-11 11:28 257阅读 0赞

我们现在使用MPI 来对一个SIN 函数进行定积分求面积的计算。
    
    简单说下定积分，定积分根据将X划分为一个一个的小梯形，将面积球和之后近似于目标面积。
    
    
    
     
    
    如上图所示，我们需要的是使用MPI 将整个图形分解成N 个梯形，其中每一个梯形的面积开一个进程来计算，然后使用MPI 的规约求和函数来计算最终的结果。
     #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<mpi.h>
    #include<math.h>
    
    const double a = 0.0;
    const double b = 3.14;
    
    int n  = 100;
    
    /*计算梯形面积的函数*/
    double sum_quer(double a,double b,int n,double h){
        
        double *x = (double *)malloc(sizeof(double) * (n + 1));
        double *f = (double *)malloc(sizeof(double) * (n + 1));
        double inte = (sin(a) + sin(b)) /2;
        for(int i = 0;i < (n+1);i++){
            x[i] = x[i-1] + h;
            f[i] = sin(x[i]);
            inte += f[i];
        }
        inte = inte*h;
        return 0;
    }
    
    int main(int argc,char **argv){
    
        int myid,nprocs;
        int local_n;
        double local_a;
        double local_b;
        double total_inte;
    
        MPI_Init(&argc,&argv);      /*初始化MPI 系统*/
        MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&myid); /*设置当前通信子*/
        MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&nprocs);/*设置工作进程个数*/
    
        local_n = n / nprocs;
        int h = (b - a)/n;
        local_a = a + myid *local_n*h;
        local_b = local_a + local_n * h;
    
        double local_inte = sum_quer(local_a,local_b,local_n,h);
    
        MPI_Reduce(&local_inte,&total_inte,1,MPI_DOUBLE,MPI_SUM,0,MPI_COMM_WORLD);  /*规约各个计算结果*/
    
        if(myid == 0){
            
            printf("integral out put is %d",total_inte);
        }
        
        MPI_Finalize();
    
        return 0;
    
    
    
    }
    这里还有几个小点需要注意。
    
    关于IO处理。
    
    我们的程序是SPMD 类型的，程序只需要编写一次然后多进程执行罢了，但是如果我们需要输入数据呢？比如使用scanf 来输入数据？
    
    解决方法：给0号进程编写scanf 函数，其他的进程使用 MPI_Send 来接受变量。
     #include<stdio.h>
    #include<mpi.h>
    
    
    void get_data(){
    
        int my_rank;
        int comm_zz;
        double *a;
        double *b;
        int    *n;
        int  dest;
    
        if(my_rank == 0){   /*如果是0号进程就接受并发送数据*/
            scanf("%lf %lf %d",a,b,n);
            for(dest = 0;dest < comm_zz;dest++){
                MPI_Send(a,1,MPI_DOUBLE,dest,0,MPI_COMM_WORLD);
                MPI_Send(b,1,MPI_DOUBLE,dest,0,MPI_COMM_WORLD);
                MPI_Send(n,1,MPI_INT,dest,0,MPI_COMM_WORLD);
            }
        }else{            /*其他进程接受参数*/
            MPI_Recv(a,1,MPI_DOUBLE,0,0,MPI_COMM_WORLD,MPI_STATUS_IGNORE);
            MPI_Recv(b,1,MPI_DOUBLE,0,0,MPI_COMM_WORLD,MPI_STATUS_IGNORE);
            MPI_Recv(n,1,MPI_INT,0,0,MPI_COMM_WORLD,MPI_STATUS_IGNORE);
    
        }
    
    
    }
    MPI_Reduce
    
    
    
    全局规约函数，很简单，最核心的是第五个参数操作符参数，根据不同的参数我们可以实现不同的功能。
    
    MPI 中定义的规约操作符
    
    MPI_MAX               最大值
    
    MPI_MIN                最小值
    MPI_SUM               累加和
    MPI_PROD            累乘积
    MPI_LAND            逻辑与
    MPI_BAND            按位于
    MPI_LOR               逻辑或
    MPI_BOR               按位或
    MPI_LXOR            逻辑异或
    MPI_BXOR            按位异或
    MPI_MAXLOC      求最大值和位置
    MPI_MINLOC       求最小值和位置
    
     
    
    集和通信与点对点通信
    
    1.在通信子中的所有进程都必须调用相同的集和通信函数
    
    2.每个进程传递给MPI集合通信函数的参数必须是相融的
    
    3.参数output_data_p 只用在dest_process 上。
    
    4.点对点通信函数是通过标签和通信子来匹配的。集合通信函数不使用标签，只通过通信子和调用顺序来进行匹配。
    
    查看原文：http://zmrlinux.com/2017/01/24/%e4%bd%bf%e7%94%a8mpi-%e8%ae%a1%e7%ae%97%e7%a7%af%e5%88%86/