Bagaimana untuk menggunakan MPI untuk melaksanakan multi-threading yang diedarkan dalam C++?

Kaedah menggunakan MPI untuk melaksanakan multi-threading teragih adalah seperti berikut: Tentukan tahap multi-threading: Apabila memulakan persekitaran MPI, gunakan MPI_Init_thread() untuk menentukan tahap thread (seperti MPI_THREAD_MULTIPLE). Cipta benang: Gunakan mekanisme std::benang standard untuk mencipta benang, tetapi gunakan fungsi selamat benang MPI untuk komunikasi MPI. Tugas pengedaran: Edarkan data kepada proses dan utas MPI yang berbeza untuk pengiraan selari.

Cara untuk melaksanakan multithreading teragih dalam C++ menggunakan MPI

Pengenalan

MPI (Antara Muka Mesej Mesej) ialah model pengaturcaraan yang digunakan secara meluas untuk menulis atur cara yang diedarkan selari Ia membolehkan pengaturcara menggunakan mekanisme penghantaran mesej untuk melaksanakan kod secara selari pada berbilang komputer, membolehkan pengkomputeran berprestasi tinggi. Selain selari teragih, MPI juga menyokong pengaturcaraan berbilang benang, yang boleh meningkatkan lagi kecekapan kod. Artikel ini akan memperkenalkan cara menggunakan MPI untuk melaksanakan multi-threading teragih dalam C++, dan menyediakan kes praktikal untuk demonstrasi.

MPI Multithreaded Programming

MPI_THREAD_* Options

Spesifikasi MPI mentakrifkan pilihan berikut untuk menentukan tahap multithreading program:

* hanya akan menggunakan satu kod SINGLE:_MPLE_TH .
• MPI_THREAD_FUNNELED: Semua panggilan MPI program akan bersiri, membenarkan hanya satu urutan untuk melaksanakan panggilan MPI pada masa yang sama.
MPI_THREAD_SINGLE：程序将仅使用一个线程。
• MPI_THREAD_FUNNELED：程序的所有 MPI 调用都将被串行化，只允许一个线程同时执行 MPI 调用。
• MPI_THREAD_SERIALIZED：程序的 MPI 调用将被串行化，并且只能由主线程进行。
• MPI_THREAD_MULTIPLE：程序可以并行进行 MPI 调用，可以使用多个线程。

初始化 MPI 环境

在 MPI 程序中使用多线程，需要在初始化 MPI 环境时指定线程级别。这可以通过以下代码完成：

int provided;
MPI_Init_thread(&argc, &argv, MPI_THREAD_MULTIPLE, &provided);

参数 provided 指示 MPI 库提供的多线程级别。如果 provided 等于 MPI_THREAD_MULTIPLE，则表明 MPI 库支持多线程编程。

创建线程

使用 std::thread 创建线程的标准方法在 MPI 程序中也可用，但需要额外的注意事项。为了确保 MPI 调用在各个线程中正确同步，需要使用 MPI 线程安全函数来进行 MPI 通信。

下面是一个创建线程的示例：

std::thread thread([&]() {
  // 在新线程中执行 MPI 调用
});

实战案例

现在我们来看一个实战案例，演示如何使用 MPI 多线程加速矩阵乘法计算。

矩阵乘法

给定两个矩阵 A 和 B，其中 A 的大小为 m x n，B 的大小为 n x p，矩阵乘法 C = A * B 的结果 C 的大小为 m x p。

MPI 并行化

使用 MPI 并行化矩阵乘法计算，可以将 A 矩阵的行分配给不同的 MPI 进程，并让每个进程计算一个局部子矩阵与 B 矩阵的乘积。

多线程加速

在每个 MPI 进程中，可以使用多线程进一步加速计算。将 B 矩阵的列分配给不同的线程，让每个线程负责计算局部子矩阵与 BMPI_THREAD_SERIALIZED: Panggilan MPI program akan bersiri dan hanya boleh dibuat oleh utas utama.

MPI_THREAD_MULTIPLE: Program ini boleh membuat panggilan MPI secara selari dan boleh menggunakan berbilang rangkaian.

Memulakan persekitaran MPI

Untuk menggunakan multi-threading dalam program MPI, anda perlu menentukan tahap thread semasa memulakan persekitaran MPI. Ini boleh dilakukan dengan kod berikut:

// MPI 主程序
int main(int argc, char** argv) {
  // 初始化 MPI 环境
  int provided;
  MPI_Init_thread(&argc, &argv, MPI_THREAD_MULTIPLE, &provided);

  // 创建 MPI 通信器
  MPI_Comm comm = MPI_COMM_WORLD;
  int rank, size;
  MPI_Comm_rank(comm, &rank);
  MPI_Comm_size(comm, &size);

  // 分配矩阵行并广播矩阵 B
  ...

  // 创建线程池
  std::vector<std::thread> threads;

  // 计算局部子矩阵乘积
  for (int i = 0; i < columns_per_thread; i++) {
    threads.push_back(std::thread([&, i]() {
      ...
    }));
  }

  // 等待所有线程完成
  for (auto& thread : threads) {
    thread.join();
  }

  // 汇总局部结果并输出 C 矩阵
  ...

  // 结束 MPI 环境
  MPI_Finalize();

  return 0;
}

🎜Parameter disediakan menunjukkan tahap multithreading yang disediakan oleh perpustakaan MPI. Jika disediakan adalah sama dengan MPI_THREAD_MULTIPLE, pustaka MPI menyokong pengaturcaraan berbilang benang. 🎜🎜🎜Mencipta utas🎜🎜🎜Cara standard untuk mencipta utas menggunakan std::thread juga tersedia dalam program MPI, tetapi memerlukan pertimbangan tambahan. Untuk memastikan bahawa panggilan MPI disegerakkan dengan betul merentas benang, fungsi selamat benang MPI diperlukan untuk komunikasi MPI. 🎜🎜Berikut ialah contoh mencipta benang: 🎜rrreee🎜🎜Kes praktikal🎜🎜🎜Sekarang mari kita lihat kes praktikal untuk menunjukkan cara menggunakan multi-benang MPI untuk mempercepatkan pengiraan pendaraban matriks. 🎜🎜🎜Pendaraban matriks🎜🎜🎜Diberi dua matriks A dan B, dengan saiz A ialah m x n , saiz B ialah n x p dan saiz C terhasil daripada pendaraban matriks C = A * B ialah m x p. 🎜🎜🎜MPI Parallelization🎜🎜🎜Menggunakan MPI untuk menyelaraskan pengiraan pendaraban matriks, anda boleh menetapkan baris matriks A kepada proses MPI yang berbeza dan biarkan setiap proses mengira sub-matriks tempatan dengan B Hasil darab matriks. 🎜🎜🎜Pecutan berbilang benang🎜🎜🎜Dalam setiap proses MPI, multi-threading boleh digunakan untuk mempercepatkan lagi pengiraan. Tetapkan lajur matriks B kepada urutan yang berbeza, menjadikan setiap urutan bertanggungjawab untuk mengira hasil darab submatriks tempatan dan lajur matriks B. 🎜rrreee🎜🎜 kesimpulan🎜🎜🎜Dengan menggunakan multi-threading MPI, anda boleh menggabungkan kelebihan paralelisme teragih dan pengaturcaraan berbilang benang untuk meningkatkan prestasi program C++ dengan ketara. Kes praktikal di atas menunjukkan cara menggunakan multithreading MPI kepada pengiraan pendaraban matriks untuk menyelaraskan dan mempercepatkan proses pengiraan. 🎜

Atas ialah kandungan terperinci Bagaimana untuk menggunakan MPI untuk melaksanakan multi-threading yang diedarkan dalam C++?. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!