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耿皮
6 years ago
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1 第六讲消息传递编程接口 MPI 三 MPI 数据类型 1

2 MPI 数据类型 MPI 数据类型定义 MPI 数据类型的大小上下界域及相关函数 MPI 新数据类型的创建提交与释放 MPI 数据的打包与解包 2

3 MPI 数据类型 MPI 原始数据类型 MPI 消息传递通常只能处理连续存放的同一类型的数据 MPI 自定义数据类型如果需要发送或接收具有复杂结构的数据时, 可以使用自定义数据类型使用自定义数据类型的好处 : 有效减少消息传递次数, 增大通信粒度, 同时可以避免或减少消息传递时数据在内存中的拷贝 MPI 的数据类型只用于消息传递! 3

4 MPI 数据类型定义 MPI 数据类型由两个相同长度的序列组成 : 类型序列和位移序列 {t 1, t 2, t 3,..., t n } {d 1, d 2, d 3,..., d n } t i 的取值为基本数据类型 d i 表示位移, 取值为整数, 以字节为单位新建的数据类型称为复合数据类型 MPI 数据类型图 {(t 1,d 1 ),(t 2,d 2 ),(t 3,d 3 ),..., (t n,d n )} 这个新的数据类型包含 n 个数据, 其中第 i 个数据的数据类型为 t i, 该数据离首地址的距离为 d i 4

5 举例例 : 设数据类型 mytype 的数据类型图为 {(MPI_REAL,4),(MPI_REAL,12),(MPI_REAL,0)} 则下面的语句 : real A(100) call MPI_SEND(A, 1, mytype,... ) 发送的数据为 A(2), A(4), A(1) 5

6 数据类型的大小数据类型的大小该数据类型中包含的数据长度, 即字节数设一个数据了下的类型图为 {(t 1,d 1 ),(t 2,d 2 ),(t 3,d 3 ),..., (t n,d n )} 则它的大小为 sizeof(t 1 ) + sizeof(t 2 ) sizeof(t n ) 例 : 设数据类型 mytype 的数据类型图为 {(real,4),(real,12),(real,0)} 则 mytype 的大小为 12 6

7 数据类型的上下界 {(t 1,d 1 ),(t 2,d 2 ),(t 3,d 3 ),..., (t n,d n )} 数据类型的下界 : 类型图中的最小位移, 即数据类型的上界 : 数据类型的域 (extent) : 上界 - 下届 7

8 数据类型的对界量原始数据类型的对界量 : 由编译系统决定复合数据类型的对界量 : 其所包含的基本数据类型的对界量的最大值地址对界要求 : 一个数据类型在内存中所占的字节数必须是其对界量的整数倍地址对界修正量 : 使得新建数据类型的域能被其对界量整除的最小非负整数 8

9 举例例 : 假设 MPI_DOUBLE_PRECISION 和 MPI_INTEGER 的对界量均为 4,MPI_BYTE 的对界量为 1, 考虑下面的数据类型 {(MPI_DOUBLE_PRECISION,0), (MPI_BYTE,12), (MPI_INTEGER,8)} 对界量为, 上界为, 下界为, 16 3 域为, 地址对界修正量为 9

10 两个特殊的数据类型 MPI_LB MPI_UB 伪数据类型, 大小为 0 它们的作用 : 人工指定新建数据类型的上下界若数据类型中含 MPI_LB, 则下界定义为 MPI_LB 的位移的最小值 ; 若数据类型中含 MPI_UB, 则上界定义为 MPI_UB 的位移的最大值 ; 例 : 下面的数据类型的下界为 -4 {(MPI_REAL,4), (MPI_LB,12), (MPI_REAL,0), (MPI_LB,-4)} 10

11 数据类型查询函数 MPI_TYPE_EXTENT(datatype, extent) MPI_TYPE_SIZE(datatype, size) MPI_TYPE_UB(datatype, displacement) MPI_TYPE_LB(datatype, displacement) 详细用法见相关参考资料 11

12 新数据类型的创建新数据类型创建函数 MPI_TYPE_CONTIGUOUS MPI_TYPE_VECTOR MPI_TYPE_HVECTOR MPI_TYPE_INDEXED MPI_TYPE_HINDEXED MPI_TYPE_STRUCT 新数据类型的提交 :MPI_TYPE_COMMIT 若使用新数据类型进行通信, 则必须先提交过渡数据类型不用提交, 用完后就可直接释放新数据类型的释放 :MPI_TYPE_FREE 数据的打包和解包 :MPI_PACK MPI_UNPACK 12

13 MPI_TYPE_CONTIGUOUS MPI_TYPE_CONTIGUOUS(count, oldtype, newtype) 连续复制 : 将原数据类型 oldtype 按顺序依次连续复制后, 得到一个新的数据类型参数 C F77 IN count 复制个数 IN oldtype 旧数据类型 OUT newtype 新数据类型 int MPI_Type_contiguous(int count, MPI_Datatype oldtype, MPI_Datatype *newtype) MPI_TYPE_CONTIGUOUS(COUNT, OLDTYPE, NEWTYPE, IERR) INTEGER COUNT, OLDTYPE, NEWTYPE, IERR 注 :oldtype 可以是原始数据类型, 也可以是已创建的复合数据类型 13

14 举例 integer n, type1 parameter (n=100) real a(n) call MPI_TYPE_CONTIGUOUS(n,MPI_REAL,type1,ierr) call MPI_TYPE_COMMIT(type1,ierr) call MPI_SENDRECV_REPLACE(a,1,type1,dst,111,src, 111,MPI_COMM_WORLD,status,ierr) 上面的消息传递等价于 call MPI_SENDRECV_REPLACE(a,100,MPI_REAL,dst,111, src,111,mpi_comm_world,status,ierr) 14

15 MPI_TYPE_VECTOR MPI_TYPE_VECTOR(count,blocklen,stride, oldtype, newtype) 创建向量数据类型 : 先连续复制 blocklen 个 oldtype 类型的数据, 形成一个数据块 ; 再通过等间隔地复制 count 个该数据块而形成新的数据类型 ; 相邻两个数据块的起始位置的位移相差为 stride*extent(oldtype) 个字节 C F77 int MPI_Type_vector(int count,int blocklen, int stride, MPI_Datatype oldtype, MPI_Datatype *newtype) MPI_TYPE_VECTOR(COUNT, BLOCKLEN, STRIDE, OLDTYPE, NEWTYPE, IERR) INTEGER COUNT,BLOCKLEN,STRIDE, OLDTYPE, NEWTYPE, IERR 15

16 举例 integer n, type1 parameter (n=100) real A(n,n) call MPI_TYPE_VECTOR(n,1,n,MPI_REAL,type1,ierr) call MPI_TYPE_COMMIT(type1,ierr) call MPI_SEND(A,1,type1,dst,...) 上面发送的是 A 的第一行大家看看下面发送的是什么? call MPI_TYPE_VECTOR(n-2,n-2,n,MPI_REAL,type1,ierr) call MPI_TYPE_COMMIT(type1,ierr) call MPI_SEND(A(2,2),1,type1,dst,...) 思考 : 怎样发送 A 的对角线? 16

17 MPI_TYPE_HVECTOR MPI_TYPE_HVECTOR(count,blocklen,stride, oldtype, newtype) 功能同 MPI_TYPE_VECTOR 唯一区别为这里的 stride 以字节为单位 17

18 MPI_TYPE_INDEXED MPI_TYPE_INDEXED(count,array_of_blocklens, array_of_disps,oldtype,newtype) 创建索引数据类型 : 该函数生成的新数据类型由 count 个数据块构成, 第 i 个数据块包含 array_of_bloklens(i) 个连续存放的 oldtype, 第 i 个数据块与首地址的偏移量 ( 字节数 ) 为 array_of_disps(i)*extent(oldtype) 可以看作是 MPI_TYPE_VECTOR 的扩展, 区别是每个数据块的长度可以不同, 数据块之间的间隔也可以不同 18

19 MPI_TYPE_HINDEXED MPI_TYPE_HINDEXED(count,array_of_blocklens, array_of_disps,oldtype,newtype) 功能同 MPI_TYPE_INDEXED 唯一区别为这里的 array_of_disps 以字节为单位 19

20 MPI_TYPE_INDEXED MPI_TYPE_STRUCT(count,array_of_blocklens, array_of_disps,array_of_types,newtype) 创建结构数据类型 : 与 MPI_TYPE_HINDEXED 的区别在于每个数据块的数据类型可以不同这里的 array_of_disps 以字节为单位该函数是最一般的新数据类型的构造函数, 也是使用最广泛的一个, 正确使用此函数在实际应用中非常重要 20

21 数据类型的提交与释放新数据类型的提交 MPI_TYPE_COMMIT(newdatatype) 新数据类型的释放 MPI_TYPE_FREE(newdatatype) 21

22 地址函数 MPI_ADDRESS(location, address) 返回指定变量在内存中的绝对地址 C F77 int MPI_Address(void *location, MPI_Aint *address) MPI_ADDRESS(LOCATION, ADDRESS, IERR) <type> LOCATION(*) INTEGER ADDRESS, IERR 22

23 数据的打包 MPI_PACK(inbuf,incount,datatype,outbuf, outsize, position, comm) 将缓冲区 inbuf 中的 incount 个类型为 datatype 的数据进行打包, 打包后的数据放在缓冲区 outbuf 中 outsize 给出的是 outbuf 的总长度 ( 字节数 ),comm 是发送打包数据时将使用的通信器 position 是打包缓冲区中的位移, 每次打包第一次调用 MPI_PACK 时用户应该将其置为 0, 随后 MPI_PACK 将自动修改它, 使得它总是指向打包缓冲区中尚未使用部分的起始位置每次调用 MPI_PACK 后的 position 实际上就是已打包数据的总长度通过连续几次对不同位置的数据进行打包, 就可以将不连续的数据放到一个连续的空间中 23

24 数据的解包 MPI_UNPACK(inbuf,insize,position,outbuf, outcount,datatype,comm) 是 MPI_PACK 的逆操作 : 它从 inbuf 中拆包 outcount 个类型为 datatype 的数据到 outbuf 中函数的各项参数与 MPI_PACK 类似, 只不过这里的 inbuf 和 insize 对应于 MPI_PACK 中的 outbuf 和 outsize, 而 outbuf 和 outcount 则对应于 MPI_PACK 中的 inbuf 和 incount 24

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Linux Linux Linux 2003 2003 8 28 http://lssc.cc.ac.cn/training2003 1 3 23 Linux 37 3.1............................................... 37 3.2 Linux..................................... 37 3.3 Linux..................................