MPI +线程并行化与仅MPI的优势（如果有的话）是什么？

Posted 2021-05-03

给定一个由几个节点组成的集群，每个节点都托管多核处理器，在使用纯全MPI的节点和节点内的OpenMP / pthread之间使用MPI是否有任何优势？如果我理解正确，如果我在一个节点上运行MPI程序并指示进程数等于内核数，那么我将在一个单独的内核上运行多个进程的一个诚实的并行MPI作业。那么为什么要使用节点内的线程和节点之间的MPI来进行混合并行化呢？在MPI + CUDA混合的情况下我毫无疑问，因为MPI不能使用GPU，但它可以使用CPU内核，那么为什么要使用线程呢？

答案

使用OpenMP / pthread线程和MPI进程的组合称为混合编程。程序比纯MPI更难，但随着最近OpenMP的延迟减少，使用Hybrid MPI很有意义。一些优点是：

1. 避免数据复制：由于线程可以在节点内共享数据，如果需要在进程之间复制任何数据，我们可以避免这种情况。
2. 轻量级：线程是轻量级的，因此您可以减少与进程相关的元数据。
3. 减少消息数量：节点内的单个进程可以与其他进程通信，减少节点之间的消息数量（从而减轻网络接口卡的压力）。集体沟通中涉及的消息数量值得注意。
4. 更快的通信：正如上面的@ user3528438所指出的，由于线程使用共享内存进行通信，因此可以避免在节点内使用点对点MPI通信。最近的方法（2012）建议使用RMA共享内存而不是节点内的线程 - 该模型称为MPI + MPI（使用MPI加MPI搜索谷歌学者）。

但是混合MPI也有它的缺点，但你只问了它们的优点。

另一答案

事实上，这看起来是一个更复杂的问题。

这取决于很多因素。根据经验，我会说：你总是乐于避免hibrid openMP-MPI。哪个是优化的混乱。但是有些东西是你无法避免的，主要取决于你正在解决的问题以及你有权访问的集群。

假设你正在解决一个高度可并行化的问题而且你有一个小集群，那么Hibrid可能会没用。

但是，如果你有一个问题，可以说可以很好地扩展到N个进程，但在4N开始效率非常低。您可以访问具有10N核心的集群......然后，杂交将成为一种解决方案。每个MPI进程将使用少量线程，如4（已知> 8不高效）。 （很有趣的是，在KNL上我知道大多数人使用4到8个线程，每个MPI进程即使一个芯片有68个内核）

那么混合加速器/ openMP / MPI呢？

加速器+ MPI你错了。一旦您开始使用具有加速器的群集，您将需要使用某些功能，如openMP / MPI或CUDA / MPI或openACC / MPI，因为您需要在设备之间进行通信。现在你可以使用Direct GPU绕过CPU（至少对于Nvidia而言，不是其他构建者的线索，但我希望情况会如此）。然后通常每个GPU将使用1个MPI进程。大多数具有GPU的群集将具有1个套接字和N个加速器（N.