imported>Alex NB OT: унификация языковых шаблонов

2025-11-15T11:09:54Z

унификация языковых шаблонов

Новая страница

{{Ложное перенаправление|OpenMPI}}
'''Message Passing Interface''' (MPI, интерфейс передачи сообщений) — программный интерфейс ([[API]]) для передачи [[информация|информации]], который позволяет обмениваться сообщениями между процессами, выполняющими одну задачу. Разработан [[Гроупп, Уильям|Уильямом Гроуппом]], {{нп1|Ласк, Эвин|Эвином Ласком|en|Ewing Lusk}} и другими.

MPI является наиболее распространённым стандартом интерфейса обмена данными в
[[Параллельное программирование|параллельном программировании]], существуют его реализации для большого числа компьютерных платформ. Используется при разработке программ для [[Кластер (группа компьютеров)|кластеров]] и [[суперкомпьютер]]ов. Основным средством коммуникации между [[процесс (информатика)|процессами]] в MPI является передача сообщений друг другу.

Стандартизацией MPI занимается [[MPI Forum]]. В стандарте MPI описан интерфейс передачи сообщений, который должен поддерживаться как на платформе, так и в [[Прикладное программное обеспечение|приложениях]] пользователя. В настоящее время существует большое количество бесплатных и коммерческих реализаций MPI. Существуют реализации для языков [[Фортран]] 77/90, [[Java]], [[Си (язык программирования)|Си]] и [[C++]].

В первую очередь MPI ориентирован на системы с [[Массивно-параллельная архитектура|распределенной памятью]], то есть когда затраты на передачу данных велики, в то время как [[OpenMP]] ориентирован на системы с общей памятью (многоядерные с общим кэшем). Обе технологии могут использоваться совместно, чтобы оптимально использовать в кластере многоядерные системы.

== Стандарты MPI ==
Первая версия MPI разрабатывалась в 1993—1994 году, и MPI 1 вышла в 1994.

Большинство современных реализаций MPI поддерживают версию 1.1. Стандарт MPI версии 2.0 поддерживается большинством современных реализаций, однако некоторые функции могут быть реализованы не до конца.

В MPI 1.1 (опубликован [[12 июня]] [[1995 год]]а, первая реализация появилась в 2002 году) поддерживаются следующие функции:
* передача и получение сообщений между отдельными процессами;
* коллективные взаимодействия процессов;
* взаимодействия в группах процессов;
* реализация [[топология|топологий]] процессов;

В MPI 2.0 (опубликован [[18 июля]] [[1997 год]]а) дополнительно поддерживаются следующие функции:
* динамическое порождение процессов и управление процессами;
* односторонние коммуникации (Get/Put);
* параллельный ввод и вывод;
* расширенные коллективные операции (процессы могут выполнять коллективные операции не только внутри одного коммуникатора, но и в рамках нескольких коммуникаторов).

Версия MPI 2.1 вышла в начале сентября 2008 года.

Версия MPI 2.2 вышла 4 сентября 2009 года.

Версия MPI 3.0 вышла 21 сентября 2012 года.

== Функционирование интерфейса ==
Базовым механизмом связи между MPI процессами является передача и приём сообщений. Сообщение несёт в себе передаваемые данные и информацию, позволяющую принимающей стороне осуществлять их выборочный приём:
* отправитель — ранг (номер в группе) отправителя сообщения;
* получатель — ранг получателя;
* признак — может использоваться для разделения различных видов сообщений;
* коммуникатор — код группы процессов.
Операции приёма и передачи могут быть блокирующимися и неблокирующимися. Для неблокирующихся операций определены функции проверки готовности и ожидания выполнения операции.

Другим способом связи является удалённый доступ к памяти (RMA), позволяющий читать и изменять область памяти удалённого процесса. Локальный процесс может переносить область памяти удалённого процесса (внутри указанного процессами окна) в свою память и обратно, а также комбинировать данные, передаваемые в удалённый процесс с имеющимися в его памяти данными (например, путём суммирования). Все операции удалённого доступа к памяти не блокирующиеся, однако, до и после их выполнения необходимо вызывать блокирующиеся функции синхронизации.

== Пример программы ==
Ниже приведён пример программы вычисления числа <math>\pi</math> на языке '''C''' с использованием '''MPI''':

<source lang="C">
// Подключение необходимых заголовков
#include <stdio.h>
#include <math.h>
// Подключение заголовочного файла MPI
#include "mpi.h"

// Функция для промежуточных вычислений
double f(double a)
{
return (4.0 / (1.0+ a*a));
}

// Главная функция программы
int main(int argc, char **argv)
{
// Объявление переменных
int done = 0, n, myid, numprocs, i;
double PI25DT = 3.141592653589793238462643;
double mypi, pi, h, sum, x;
double startwtime = 0.0, endwtime;
int namelen;
char processor_name[MPI_MAX_PROCESSOR_NAME];

// Инициализация подсистемы MPI
MPI_Init(&argc, &argv);
// Получить размер коммуникатора MPI_COMM_WORLD
// (общее число процессов в рамках задачи)
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&numprocs);
// Получить номер текущего процесса в рамках
// коммуникатора MPI_COMM_WORLD
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&myid);
MPI_Get_processor_name(processor_name,&namelen);

// Вывод номера потока в общем пуле
fprintf(stdout, "Process %d of %d is on %s\n", myid,numprocs,processor_name);
fflush(stdout);

while(!done)
{
// количество интервалов
if(myid==0)
{
fprintf(stdout, "Enter the number of intervals: (0 quits) ");
fflush(stdout);
if(scanf("%d",&n) != 1)
{
fprintf(stdout, "No number entered; quitting\n");
n = 0;
}
startwtime = MPI_Wtime();
}
// Рассылка количества интервалов всем процессам (в том числе и себе)
MPI_Bcast(&n, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
if(n==0)
done = 1;
else
{
h = 1.0 / (double) n;
sum = 0.0;
// Обсчитывание точки, закрепленной за процессом
for(i = myid + 1 ; (i <= n) ; i += numprocs)
{
x = h * ((double)i - 0.5);
sum += f(x);
}
mypi = h * sum;

// Сброс результатов со всех процессов и сложение
MPI_Reduce(&mypi, &pi, 1, MPI_DOUBLE, MPI_SUM, 0, MPI_COMM_WORLD);

// Если это главный процесс, вывод полученного результата
if(myid==0)
{
printf("PI is approximately %.16lf, Error is %.16lf\n", pi, fabs(pi - PI25DT));
endwtime = MPI_Wtime();
printf("wall clock time =%lf\n", endwtime-startwtime);
fflush(stdout);
}
}
}

// Освобождение подсистемы MPI
MPI_Finalize();
return 0;
}
</source>

== Реализации MPI ==
* [[MPICH]] — одна из самых первых свободная реализация MPI, работает на [[UNIX]]-системах и [[Windows NT]]
* [https://www.open-mpi.org/ Open MPI] — ещё одна свободная реализация MPI. Основана на более ранних проектах FT-MPI, LA-MPI, LAM/MPI и PACX-MPI. Поддерживаются различные коммуникационные системы (в том числе [[Myrinet]]).
*
* [https://web.archive.org/web/20070527192726/http://www.mpi-softtech.com/mpi_pro.php MPI/PRO] for Windows NT — коммерческая реализация для [[Windows NT]]
* [http://software.intel.com/en-us/intel-mpi-library/ Intel MPI] — коммерческая реализация для [[Windows]] / [[Linux]]
* Microsoft MPI входит в состав [[Compute Cluster Pack SDK]]. Основан на MPICH2, но включает дополнительные средства управления заданиями. Поддерживается спецификация MPI-2.
* [https://web.archive.org/web/20060809212300/http://h21007.www2.hp.com/dspp/tech/tech_TechDocumentDetailPage_IDX/1,1701,1238,00.html HP-MPI] — коммерческая реализация от [[Hewlett-Packard|HP]]
* [[SGI]] [http://www.sgi.com/products/software/mpt/ MPT] — платная библиотека MPI от [[SGI]]
* [http://mvapich.cse.ohio-state.edu/ Mvapich] — свободная реализация MPI для [[Infiniband]]
* [http://www.sun.com/software/products/clustertools/index.xml Oracle HPC ClusterTools] — бесплатная реализация для [[Solaris]] [[SPARC]]/[[x86]] и [[Linux]] на основе Open MPI
* [[MPJ]] — MPI for Java
* [http://www.mpj-express.org/ MPJ Express] — MPI на Java

== См. также ==
* [[Исчисление взаимодействующих систем]]
* [[Charm++]]
* [[Global Arrays]]
* [[X10 (язык программирования)]]

== Ссылки ==
* [http://www.mpi-forum.org/ MPI Forum] {{ref|en}}
* [http://www-unix.mcs.anl.gov/mpi/mpich/ MPICH] {{ref|en}}
* [http://parallel.ru/tech/tech_dev/mpi.html MPI на parallel.ru] {{ref|ru}}
* [http://www.ccas.ru/mmes/educat/lab04k/01/basics.html MPI в Вычислительном центре им. А. А. Дородницына РАН] {{ref|ru}}
* [http://www.mpj-express.org/ MPJ Express (Java)] {{ref|en}}
* [http://www.hpjava.org/papers/MPJ-CPE/cpempi/cpempi.html MPJ: MPI for Java] {{ref|en}}
* [http://www.ccas.ru/mmes/educat/lab04k/ Курс лабораторных работ по MPI] (рус. koi8-R)
* ''Оленёв Н.Н.'' [http://www.ccas.ru/olenev/MPIbook1.pdf Основы параллельного программирования в системе MPI]. М.: [[ВЦ РАН]], 2005. 80 с. Web: {{ref|ru}}
* ''Долматова А.И., Оленёв Н.Н.'' [http://www.ccas.ru/olenev/Dolmatova_OlenevPDF1.pdf Параллельные вычисления в моделировании региональной экономики]: учебное пособие / ''А.И. Долматова, Н.Н. Оленёв''. – Киров: ПРИП ФГБОУ ВПО «ВятГУ», 2012. – 125 с. Web: {{ref|ru}}

== См. также ==
* [[Portable Extensible Toolkit for Scientific Computation|PETSc]] — библиотека параллельных программ для решения систем линейных алгебраических уравнений
* [[OpenMP]] ({{lang-en|Open Multi-Processing}}) — технология мультипроцессорного (мультипотокового) программирования.
* [[Модель акторов]]
* [[mpC]] — [http://panda.ispras.ru/~mpc/index.html The mpC Parallel Programming Environment]{{ref|en}}

{{ПО для распределенных вычислений}}

[[Категория:Параллельные вычисления]]
[[Категория:Кластерные системы]]
[[Категория:Библиотеки параллельного программирования]]
[[Категория:Сетевое программное обеспечение]]

Message Passing Interface - История изменений

imported>Alex NB OT: унификация языковых шаблонов