使用 MPI_Type_create_subarray 发送时可以转置数组吗？

Posted 2023-02-21

【中文标题】使用 MPI_Type_create_subarray 发送时可以转置数组吗？

【英文标题】：Can you transpose array when sending using MPI_Type_create_subarray?

【发布时间】：2011-08-03 07:47:15

【问题描述】：

我正在尝试在 C 中使用 MPI 转置矩阵。每个进程都有一个方形子矩阵，我想将其发送到正确的进程（网格上的“相反”进程），将其作为交流。

我正在使用MPI_Type_create_subarray，它有一个订单参数，MPI_ORDER_C 或MPI_ORDER_FORTRAN 分别用于行优先和列优先。我认为如果我作为其中之一发送，作为另一个接收，那么我的矩阵将作为通信的一部分被转置。然而，这似乎并没有发生 - 它只是保持不转置。

代码的重要部分如下，整个代码文件可在this gist 获得。有谁知道为什么这不起作用？这种转置方法应该起作用吗？读过MPI_ORDER_C 和MPI_ORDER_FORTRAN 的描述后，我本以为会，但可能不会。

/* ----------- DO TRANSPOSE ----------- */
/* Find the opposite co-ordinates (as we know it's a square) */
coords2[0] = coords[1];
coords2[1] = coords[0];

/* Get the rank for this process */
MPI_Cart_rank(cart_comm, coords2, &rank2);

/* Send to these new coordinates */

tag = (coords[0] + 1) * (coords[1] + 1);

/* Create new derived type to receive as */
/* MPI_Type_vector(rows_in_core, cols_in_core, cols_in_core, MPI_DOUBLE, &vector_type); */
sizes[0] = rows_in_core;
sizes[1] = cols_in_core;

subsizes[0] = rows_in_core;
subsizes[1] = cols_in_core;

starts[0] = 0;
starts[1] = 0;

MPI_Type_create_subarray(2, sizes, subsizes, starts, MPI_ORDER_FORTRAN, MPI_DOUBLE, &send_type);
MPI_Type_commit(&send_type);

MPI_Type_create_subarray(2, sizes, subsizes, starts, MPI_ORDER_C, MPI_DOUBLE, &recv_type);
MPI_Type_commit(&recv_type);


/* We're sending in row-major form, so it's just rows_in_core * cols_in_core lots of MPI_DOUBLE */
MPI_Send(&array[0][0], 1, send_type, rank2, tag ,cart_comm);

/* Receive from these new coordinates */
MPI_Recv(&new_array[0][0], 1, recv_type, rank2, tag, cart_comm, &status);

【参考方案1】：

我原以为这也行得通，但显然不行。

如果您在 MPI 标准的 relevant bit 中苦苦挣扎，它实际上定义了生成的类型映射，原因就很清楚了——MPI_Type_create_subarray 映射出子数组在整个数组中占用的区域，但在内存中行进以线性顺序排列，因此数据布局不会改变。换句话说，当大小等于子大小时，子数组只是一个连续的内存块；对于严格小于整个数组的子数组，您只是更改正在发送/接收的子区域，而不是数据排序。只选择一个子区域时，您可以看到效果：

int sizes[]=cols,rows;
int subsizes[]=2,4;
int starts[]=1,1;

MPI_Type_create_subarray(2, sizes, subsizes, starts, MPI_ORDER_FORTRAN, MPI_INT, &ftype);
MPI_Type_commit(&ftype);

MPI_Type_create_subarray(2, sizes, subsizes, starts, MPI_ORDER_C, MPI_INT, &ctype);
MPI_Type_commit(&ctype);

MPI_Isend(&(send[0][0]), 1, ctype, 0, 1, MPI_COMM_WORLD,&reqc);
MPI_Recv(&(recvc[0][0]), 1, ctype, 0, 1, MPI_COMM_WORLD, &statusc);

MPI_Isend(&(send[0][0]), 1, ctype, 0, 1, MPI_COMM_WORLD,&reqf);
MPI_Recv(&(recvf[0][0]), 1, ftype, 0, 1, MPI_COMM_WORLD, &statusf);

/*...*/

printf("Original:\n");
printarr(send,rows,cols);
printf("\nReceived -- C order:\n");
printarr(recvc,rows,cols);
printf("\nReceived: -- Fortran order:\n");
printarr(recvf,rows,cols);

给你这个：

  0   1   2   3   4   5   6 
 10  11  12  13  14  15  16 
 20  21  22  23  24  25  26 
 30  31  32  33  34  35  36 
 40  41  42  43  44  45  46 
 50  51  52  53  54  55  56 
 60  61  62  63  64  65  66 

Received -- C order:
  0   0   0   0   0   0   0 
  0  11  12  13  14   0   0 
  0  21  22  23  24   0   0 
  0   0   0   0   0   0   0 
  0   0   0   0   0   0   0 
  0   0   0   0   0   0   0 
  0   0   0   0   0   0   0 

Received: -- Fortran order:
  0   0   0   0   0   0   0 
  0  11  12   0   0   0   0 
  0  13  14   0   0   0   0 
  0  21  22   0   0   0   0 
  0  23  24   0   0   0   0 
  0   0   0   0   0   0   0 
  0   0   0   0   0   0   0 

所以发送和接收相同的数据；真正发生的事情是数组大小、子大小和开始都被颠倒了。

您可以使用 MPI 数据类型进行转置——标准甚至给出了 couple of examples，我在此处将其中一个音译为 C——但您必须自己创建类型。好消息是它真的不比子数组的东西长：

MPI_Type_vector(rows, 1, cols, MPI_INT, &col);
MPI_Type_hvector(cols, 1, sizeof(int), col, &transpose);
MPI_Type_commit(&transpose);

MPI_Isend(&(send[0][0]), rows*cols, MPI_INT, 0, 1, MPI_COMM_WORLD,&req);
MPI_Recv(&(recv[0][0]), 1, transpose, 0, 1, MPI_COMM_WORLD, &status);

MPI_Type_free(&col);
MPI_Type_free(&transpose);

printf("Original:\n");
printarr(send,rows,cols);
printf("Received\n");
printarr(recv,rows,cols);



$ mpirun -np 1 ./transpose2 
Original:
  0   1   2   3   4   5   6 
 10  11  12  13  14  15  16 
 20  21  22  23  24  25  26 
 30  31  32  33  34  35  36 
 40  41  42  43  44  45  46 
 50  51  52  53  54  55  56 
 60  61  62  63  64  65  66 
Received
  0  10  20  30  40  50  60 
  1  11  21  31  41  51  61 
  2  12  22  32  42  52  62 
  3  13  23  33  43  53  63 
  4  14  24  34  44  54  64 
  5  15  25  35  45  55  65 
  6  16  26  36  46  56  66 

【讨论】：

我对此赞不绝口。我刚刚和一位帮助设计 MPI-2（！）的同事来回讨论了很长时间，关于 MPI_ORDER_C 与 MPI_ORDER_FORTRAN 及其效果。