如何从 C 中使用 MPI_Scatter 和 MPI_Gather？

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何从 C 中使用 MPI_Scatter 和 MPI_Gather？

【英文标题】：How are MPI_Scatter and MPI_Gather used from C?

【发布时间】：2012-12-01 19:30:34

【问题描述】：

到目前为止，我的应用程序正在读取一个包含整数列表的 txt 文件。这些整数需要由主进程（即等级为 0 的处理器）存储在一个数组中。这工作正常。

现在，当我运行程序时，我有一个 if 语句来检查它是否是主进程，如果是，我正在执行 MPI_Scatter 命令。

据我了解，这将用数字细分数组并将其传递给从属进程，即所有 rank > 0 。但是，我不确定如何处理MPI_Scatter。从进程如何“订阅”获取子数组？如何告诉非主进程对子阵列做某事？

谁能提供一个简单的例子来告诉我主进程如何从数组中发送元素，然后让从属进程将总和返回给主进程，主进程将所有总和加在一起并打印出来？

到目前为止我的代码：

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

//A pointer to the file to read in.
FILE *fr;

int main(int argc, char *argv[]) 

int rank,size,n,number_read;
char line[80];
int numbers[30];
int buffer[30];

MPI_Init(&argc, &argv);
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);

fr = fopen ("int_data.txt","rt"); //We open the file to be read.

if(rank ==0)
printf("my rank = %d\n",rank);

//Reads in the flat file of integers  and stores it in the array 'numbers' of type int.
n=0;
while(fgets(line,80,fr) != NULL) 
  sscanf(line, "%d", &number_read);
  numbers[n] = number_read;
  printf("I am processor no. %d --> At element %d we have number: %d\n",rank,n,numbers[n]);
  n++;


fclose(fr);

MPI_Scatter(&numbers,2,MPI_INT,&buffer,2,MPI_INT,rank,MPI_COMM_WORLD);


else 
MPI_Gather ( &buffer, 2, MPI_INT, &numbers, 2, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD); 
printf("%d",buffer[0]);

MPI_Finalize();
return 0;

【参考方案1】：

这是一个常见的误解，即 MPI 中的操作如何与刚接触它的人一起工作；特别是在集体操作中，人们尝试从等级 0 开始使用广播 (MPI_Bcast)，期望调用以某种方式将数据“推送”到其他处理器。但这并不是 MPI 例程的真正工作方式。大多数 MPI 通信都需要发送方和接收方都进行 MPI 调用。

特别是，MPI_Scatter() 和 MPI_Gather()（以及 MPI_Bcast 和许多其他）是集体操作；它们必须由通信器中的所有任务调用。通信器中的所有处理器都进行相同的调用，然后执行操作。 （这就是为什么scatter和gather都需要“根”过程作为参数之一，所有数据都来自/来自哪里）。通过这种方式，MPI 实现有很大的空间来优化通信模式。

下面是一个简单的示例（更新以包括收集）：

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

int main(int argc, char **argv) 
    int size, rank;

    MPI_Init(&argc, &argv);
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);

    int *globaldata=NULL;
    int localdata;

    if (rank == 0) 
        globaldata = malloc(size * sizeof(int) );
        for (int i=0; i<size; i++)
            globaldata[i] = 2*i+1;

        printf("Processor %d has data: ", rank);
        for (int i=0; i<size; i++)
            printf("%d ", globaldata[i]);
        printf("\n");
    

    MPI_Scatter(globaldata, 1, MPI_INT, &localdata, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);

    printf("Processor %d has data %d\n", rank, localdata);
    localdata *= 2;
    printf("Processor %d doubling the data, now has %d\n", rank, localdata);

    MPI_Gather(&localdata, 1, MPI_INT, globaldata, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);

    if (rank == 0) 
        printf("Processor %d has data: ", rank);
        for (int i=0; i<size; i++)
            printf("%d ", globaldata[i]);
        printf("\n");
    

    if (rank == 0)
        free(globaldata);

    MPI_Finalize();
    return 0;

运行它给出：

gpc-f103n084-$ mpicc -o scatter-gather scatter-gather.c -std=c99
gpc-f103n084-$ mpirun -np 4 ./scatter-gather
Processor 0 has data: 1 3 5 7 
Processor 0 has data 1
Processor 0 doubling the data, now has 2
Processor 3 has data 7
Processor 3 doubling the data, now has 14
Processor 2 has data 5
Processor 2 doubling the data, now has 10
Processor 1 has data 3
Processor 1 doubling the data, now has 6
Processor 0 has data: 2 6 10 14