使用 MPI_Send 和 MPI_Recv 未正确接收矩阵

Posted 2023-03-27

【中文标题】使用 MPI_Send 和 MPI_Recv 未正确接收矩阵

【英文标题】：Matrix not received properly with MPI_Send and MPI_Recv

【发布时间】：2021-08-17 17:47:31

【问题描述】：

我是使用 MPI 编程的新手，我有一个练习，我必须使用 MPI_Send 和 MPI_Recv 将两个矩阵相乘，同时将两个矩阵发送到我的进程并将结果发送回根进程。 （两个矩阵都是方阵，N等于进程数）。

这是我写的代码：

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

int main(int argc, char *argv[])
srand(time(NULL));

int rank, nproc;
MPI_Status status;

MPI_Init(&argc, &argv);

MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &nproc);

int **matrice = (int **)malloc(nproc * sizeof(int *));
for ( int i=0; i<nproc; i++)
    matrice[i] = (int *)malloc(nproc * sizeof(int));

int **matrice1 = (int **)malloc(nproc * sizeof(int *));
for (int i=0; i<nproc; i++)
    matrice1[i] = (int *)malloc(nproc * sizeof(int));

int **result = (int **)malloc(nproc * sizeof(int *));
for (int i=0; i<nproc; i++)
    result[i] = (int *)malloc(nproc * sizeof(int));

if(rank == 0)
    for(int i = 0; i < nproc; i++)
        for(int j = 0; j < nproc; j++)
            matrice[i][j] = (rand() % 20) + 1;
            matrice1[i][j] = (rand() % 20) + 1;
        
    
    
    for(int i = 1; i < nproc; i++)
        MPI_Send(&(matrice[0][0]), nproc*nproc, MPI_INT, i, 1, MPI_COMM_WORLD);
        MPI_Send(&(matrice1[0][0]), nproc*nproc, MPI_INT, i, 2, MPI_COMM_WORLD);
    
    
else
    MPI_Recv(&(matrice[0][0]), nproc*nproc, MPI_INT, 0, 1, MPI_COMM_WORLD, &status);
    MPI_Recv(&(matrice1[0][0]), nproc*nproc, MPI_INT, 0, 2, MPI_COMM_WORLD, &status);

    
for(int i = 0; i < nproc; i++)
    result[i][j] = 0;
    for(int j = 0; j < nproc; j++)
        result[rank][i] += matrice[rank][j] * matrice1[j][i];       
    


if(rank != 0)
    MPI_Send(&result[rank][0], nproc, MPI_INT, 0, 'p', MPI_COMM_WORLD);



if(rank == 0)
    for(int i = 1; i < nproc; i++)
        MPI_Recv(&result[i][0], nproc, MPI_INT, i, 'p', MPI_COMM_WORLD, &status);
    


MPI_Finalize();

我遇到MPI_Send 或MPI_Recv 的问题，因为我收到的矩阵只有第一行是正确的，第二行填充了 0，其他都是随机的。

我不明白是什么导致了这个问题。

【问题讨论】：

你应该在连续的内存中分配你的二维矩阵（而不是使用锯齿状数组）

【参考方案1】：

我在使用 MPI_Send 或 MPI_Recv 时遇到问题，因为只有第一个 我收到的矩阵行是正确的，第二行填充 0，其他都是随机的。

您拨打MPI_Send如下：

MPI_Send(&(matrice[0][0]), nproc*nproc, MPI_INT, i, 1, MPI_COMM_WORLD);

所以告诉 MPI 你将从&(matrice[0][0]) 位置开始发送nproc*nproc 元素。 MPI_Send 期望那些 nproc*nproc 元素在内存中连续分配。因此，您的矩阵应该在内存中连续分配。您可以将此类矩阵的内存布局想象为：

| ------------ data used in the MPI_Send -----------|
|     row1          row2         ...      rowN      |
|[0, 1, 2, 3, N][0, 1, 2, 3, N]  ... [0, 1, 2, 3, N]|
\---------------------------------------------------/

从一行的最后一个元素到下一行的第一个元素没有间隙。

不幸的是，您已将矩阵分配为：

int **matrice = (int **)malloc(nproc * sizeof(int *));
for ( int i=0; i<nproc; i++)
    matrice[i] = (int *)malloc(nproc * sizeof(int));

它不会在内存中连续分配一个矩阵，而是分配一个指针数组，这些指针不强制在内存中连续。您可以将该矩阵视为具有以下内存布局：

| ------------ data used in the MPI_Send ----------|
| row1 [0, 1, 2, 3, N] ... (some "random" stuff)   |
\--------------------------------------------------/
  row2 [0, 1, 2, 3, N] ... (some "random" stuff)
  ...
  rowN [0, 1, 2, 3, N] ... (some "random" stuff)

从一行的最后一个元素到下一行的第一个元素可能存在内存间隙。因此，MPI_Send 不可能知道下一行从哪里开始。这就是为什么您可以收到第一行，但不能收到剩余的行。

除其他外，您可以使用以下方法来解决该问题

在内存中连续分配矩阵； 逐行发送矩阵。

最简单（并且性能更好）的解决方案是您使用第一种方法；查看SO Thread，了解如何为二维数组动态分配连续的内存块。