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Introdução a Programação em MPI

Luís Fabrício Wanderley Góes

você vai aprender

Como implementar um programa hello world em MPI.

Como trocar mensagens com as funções send/recv entre processos.

pré-requisitos

Programação em C/Linux

hello world em MPI

O MPI (Message Passing Interface) permite que um programa paralelo seja executado de forma distribuída em diferentes máquinas. O mesmo código é executado em cada um dos processos que formam a aplicação paralela. Mas ao contrário de multicores, que utilizam memória compartilhada para as threads se comunicarem, as máquinas com memórias distribuídas utilizam passagem de mensagens para os processos se comunicarem.

Abaixo, o código de um hello world em MPI, onde cada processo imprime o seu identificador (rank) e o número total de processos executados em paralelo. Note que, obrigatoriamente, todo programa em MPI precisa pelo menos das chamadas MPI_Init(...) e MPI_Finalize(...).

#include <stdio.h>
#include <mpi.h>

int main (int argc, char *argv[])
{
  int rank, size;

  MPI_Init (&argc, &argv);
  MPI_Comm_rank (MPI_COMM_WORLD, &rank);
  MPI_Comm_size (MPI_COMM_WORLD, &size);
  printf( "Hello world from process %d of %d\n", rank, size );
  MPI_Finalize();
  return 0;
}

Primeiro copie o código acima para um arquivo chamado hello_mpi.c. 
Vamos então compilar e executar o programa com o seguinte comando:

$ mpicc hello_mpi.c -o hello_mpi


$ mpirun -np 4 ./hello_mpi


O comando mpirun é necessário para criar os processos, enquanto a opção -np indica a quantidade de processos. A saída esperada para esse programa é a seguinte:

Hello world from process 0 of 4
Hello world from process 1 of 4
Hello world from process 2 of 4
Hello world from process 3 of 4

Para entender um pouco mais sobre o modelo de passagem de mensagens em MPI, assista a seguinte pílule:

Pílula​​​​​​​

enviando e recebendo mensagens

No exemplo do hello world não existe comunicação entre os processos. Para que essa comunicação aconteça, o MPI provê duas chamadas básicas, MPI_Send(...) e MPI_Recv(...), respectivamente para enviar e receber dados. Para cada MPI_Send(...) deve existir um respectivo MPI_Recv(...), ou o programa pode, por exemplo, travar esperando por um dado que nunca foi enviado.

O código abaixo mostra um programa onde o processo com rank 0 envia um número (o valor de pi) para o processo com rank 1.

#include <stdio.h>
#include <mpi.h>
#define TAG 1

void main(int argc, char* argv[]) {
  int p, rank;
  double val;    
  MPI_Status stat;
    
  MPI_Init(&argc, &argv) ;
  MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
  
  if (rank == 0) {
    printf("Processor 0 sends a message to 1\n");
    val = 3.14 ;
    MPI_Send(&val, 1, MPI_DOUBLE, 1, TAG, MPI_COMM_WORLD);
  
  } else if (rank == 1) {
    printf("Processor 1 receives a message from 0\n");
    MPI_Recv(&val, 1, MPI_DOUBLE, 0, TAG, MPI_COMM_WORLD, &stat);
    printf("I received the value: %.2lf \n", val);
  }
  
  MPI_Finalize();    
}

Como todos os processos executam o mesmo código, é necessário diferenciar as funções de cada um dos processos por meio dos seus ranks (identificadores).

A TAG é utilizada como um identificador da mensagem e pode ser qualquer número inteiro.

Primeiro copie o código acima para um arquivo chamado send_recv_mpi.c. 
Vamos então compilar e executar o programa com o seguinte comando:

$ mpicc send_recv_mpi.c -o send_recv_mpi


$ mpirun -np 2 ./send_recv_mpi


Note que apenas dois processos são suficientes (-np 2).

Processor 0 sends a message to 1
Processor 1 receives a message from 0
I received the value: 3.14


Links úteis

Tutorial MPI

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