ВС13 / book

61

nps -au

пользователя, выполнившего эту команду.

Просмотр количества доступных процессоров в системе

выполняется с помощью команды ncube. Например, если команда ncube -n

выдала сообщение

4 node(s) in use out of 64

то это означает, что в данный момент занято 4 процессора из 64-х.

В случае зависания nCUBE2-программы прервать ее выполнение можно, уничтожив родительский xnc-процесс на хост-компьютере с помощью команды системы UNIX:

kill -9 <идентификатор процесса>

Идентификатор этого процесса можно посмотреть с помощью команды nps -au.

Все запущенные пользователем на nCUBE2 процессы уничтожаются командой nkill.

4.5. Средства параллельного программирования на nCUBE2

На многопроцессорной системе nCUBE2 механизм передачи сообщений реализован в виде расширения Run-time библиотеки (подключаемой по умолчанию), в которую включен ряд дополнительных

62

функций, вызываемых из программ, написанных на языках C и FORTRAN. Список этих функций весьма невелик, но, тем не менее, предоставляет программисту достаточно широкие возможности для создания программ сложной структуры. Возможно программирование как в режиме SPMD, так и в режиме MPMD.

Рассмотрим наиболее важные из этих функций. При обсуждении параметров процедур символами IN будем указывать входные параметры процедур, символами OUT выходные, а INOUT – входные параметры, модифицируемые процедурой.

Подпрограмма идентификации процессором самого себя whoami

Все параметры этой подпрограммы являются выходными. Возвращаются: идентификатор (логический номер) процессора nCUBE2, номер процесса на nCUBE2, номер xnc-процесса на хост-компьютере, размерность выделенного задаче подкуба (общее число процессоров).

C:

void whoami (int *node_ID, int *proc, int *host, int *dims) FORTRAN:

subroutine whoami (node_ID, proc, host, dims) integer node_ID, proc, host, dims

длиной nbyte из массива buffer процессору dest.

C:

int nwrite (char *buffer, int nbytes, int dest, int type, int *flag) FORTRAN:

integer function nwrite (buffer, nbytes, dest, type, flag) dimension buffer (*)

integer nbytes, dest, type, flag

Функция возвращает код ошибки или 0 в случае успешного завершения.

Функция nread принимает из системного буфера сообщение c идентификатором type от отправителя source длиной nbyte и помещает его в адресное пространство процесса, начиная с адреса buffer. Если используется широковещательный запрос, то на выходе функции параметр source содержит адрес отправителя, а параметр type – идентификатор принятого сообщения.

C:

int nread (char *buffer, int nbytes, int *source, int *type, int *flag) FORTRAN:

integer function nread (buffer, nbytes, source, type, flag) dimension buffer(*)

integer nbytes, source, type, flag

Функция возвращает число принятых байт.

64

Подпрограмма nrange позволяет ограничить диапазон ожидаемых сообщений в случае использования расширенного запроса в операциях чтения (type = -1).

C:

void nrange (int low, int high) FORTRAN:

subroutine nrange (low, high) integer low, high

Функция ntest проверяет наличие в буфере ожидаемого сообщения и возвращает длину сообщения в байтах, если оно получено. В противном случае возвращается отрицательное число.

C:

int ntest (int *source, int *type) FORTRAN:

integer function ntest (source, type) integer source, type

Кроме этих базовых функций, PSE поддерживает буферизованный

65

Для организации режима MPMD – исполнения разных программ в подкубе с возможностью обмена данными между ними – используются

В данной книге этот режим работы рассматриваться не будет, поскольку он слишком специфичен для конкретной платформы.

Помимо базового набора представленных выше функций, в программное обеспечение nCUBE2 входит библиотека элементарных параллельных подпрограмм libnpara.a (при компиляции подключается с помощью опции компилятора -lnpara). Поскольку в подпрограммах библиотек nCUBE2 не специфицируется тип пересылаемых данных, то для каждого типа представлена отдельная функция. Префикс в имени функции соответствует:

i – целый тип 4 байта; l – целый тип 8 байт;

r – вещественный тип 4 байта;

d – вещественный тип двойной точности 8 байт.

При использовании библиотеки npara к тексту программ должны подключаться include-файлы:

С:

#include <ncube/npara_prt.h> FORTRAN:

include ‘ncube/npara_prt.hf’

Таблица 4.1. Список подпрограмм параллельной библиотеки nCUBE.

66

В качестве примера дадим описание двух функций, которые наиболее часто используются в приложениях.

Функция рассылки сообщения всем процессорам подкуба nbroadcast

Функция позволяет послать всем процессорам данные, расположенные в адресном пространстве узла bnode, начиная с адреса buf. Длина сообщения length байт, идентификатор сообщения type. Принимаемое сообщение размещается в ту же самую переменную buf.

C:

int nbroadcast(buf, length, bnode, type, mask); void *buf;

int length, bnode, type, mask; FORTRAN:

integer*4 nbroadcast(buf, length, bnode, type, mask) integer*4 buf(*)

integer*4 length, bnode, type, mask

67

Функция вычисления глобальной суммы dsum

Функция возвращает сумму локальных значений переменной mypart из процессоров, выборка которых осуществляется согласно маске mask. Результирующее значение суммы получит процессор target.

C:

double dsum (mypart, target, msgtyp, mask) double mypart;

int target, msgtyp, mask; FORTRAN:

real*8 function dsum (mypart, target, msgtyp, mask) real*8 mypart

integer*4 target, msgtyp, mask

4.6. Библиотека подпрограмм хост-компьютера для взаимодействия с параллельными программами nCUBE2

В большинстве случаев нет необходимости организовывать специальное взаимодействие между хост-компьютером и вычислительными узлами. Все запросы ввода/вывода автоматически транслируются хост-процессом xnc. Однако в программном обеспечении nCUBE2 предусмотрена возможность прямого взаимодействия процессов, выполняющихся на nCUBE2, с процессами хост-компьютера. Это позволяет распределять выполнение задачи между ними. Например, вычислительную часть выполнять на nCUBE2, а графическую обработку результатов динамически выполнять на хост-компьютере. В этом случае головная программа (master) запускается на хост-компьютере, из нее выполняется загрузка и запуск ведомой (slave) вычислительной программы

68

на nCUBE2. Тогда между этими программами возможен прямой обмен информацией, реализованный по аналогии с обменом данными между процессорами. Для обеспечения этого режима в программное обеспечение хост-компьютера добавлена библиотека libncube.a. В ее состав, в частности, входят функции:

В данной работе мы не будем детально рассматривать эти функции, поскольку режим master-slave на сегодня утратил практический смысл. В самом деле, если объемы вычислений таковы, что они допускают интерактивную обработку результатов, то такие задачи разумнее решать на современных графических рабочих станциях.

4.7. Пример параллельной программы с использованием средств

PSE

В заключение главы рассмотрим классический пример программы вычисления числа π на многопроцессорной системе nCUBE2 c использованием стандартных средств разработки параллельных программ PSE. Для расчета используем формулу:

приведем текст обычной последовательной программы и посмотрим, каким образом ее нужно модифицировать, чтобы получить параллельную версию.

69

сnumerical integration to calculate pi (sequential program) program calc_pi

integer i, n

double precision w, sum double precision v integer np

real*8 time, mflops, time1, dsecnd

сВводим число точек разбиения интервала

print *, 'Input number of stripes : ' read *, n

np = 1

с Включаем таймер time1 = dsecnd()

w = 1.0 / n sum = 0.0d0

с Основной цикл интегрирования do i = 1, n

v= (i - 0.5d0) * w

v= 4.0d0 / (1.0d0 + v * v) sum = sum + v

Это классическая легко распараллеливающаяся задача. В самом деле, операторы внутри цикла образуют независимые подзадачи, поэтому мы можем распределить выполнение этих подзадач на некоторый набор процессоров. Аддитивность операции суммирования позволяет разбить ее выполнение на вычисление частичных сумм на каждом процессоре с последующим суммированием этих частичных сумм. Параллельная версия этой программы с использованием средств PSE выглядит следующим образом:

с жирным шрифтом выделены изменения в программе c numerical integration to calculate pi (parallel program)

program calc_pi

include 'ncube/npara_prt.hf' ! include-файл libnpara.a integer i, n

double precision w, gsum, sum double precision v

70

integer np, myid, ierr, proc, j, dim, msgtype, mask real*8 time, mflops, time1, dsecnd

с Вызов функции идентификации процессора myid и опроса c размерности заказанного подкуба dim

call whoami(myid, proc, j, dim)

c Операцию чтения с клавиатуры выполняет только 0-й процессор if ( myid .eq. 0 ) then

print *, 'Input number of stripes : ' read *, n

time1 = dsecnd() endif

c Установка переменных для функции nbroadcast msgtype = 1

mask = -1

c Рассылка параметра n всем процессорам ierr = nbroadcast(n, 4, 0, msgtype, mask)

c Подсчет заказанного числа процессоров np = 2**dim

w = 1.0 / n sum = 0.0d0

с Вычисление частичной суммы на каждом процессоре do i = myid+1, n, np

v = (i - 0.5d0 ) * w

v = 4.0d0 / (1.0d0 + v * v) sum = sum + v

end do

c Установка переменных для функции dsum msgtype = 2

mask = -1 node = 0

сСуммирование частичных сумм с сохранением результата на 0-м c процессоре

gsum = dsum(sum, node, msgtype, mask)

сВывод информации производит только 0-ой процессор

if (myid .eq. 0) then time = dsecnd() - time1

mflops = 6 * n / (1000000.0 * time)

print *, 'pi is approximated with ', gsum *w print *, 'time = ', time, ' seconds'

print *, 'mflops = ', mflops, ' on ', np, ' processors' print *, 'mflops = ', mflops/np, ' for one processor' endif

end

Средства разработки параллельных программ, входящие в состав PSE, являются типичными для многопроцессорных систем. Те или иные аналоги рассмотренных выше функций можно найти в составе программного обеспечения любой многопроцессорной системы. Как правило, производители многопроцессорных систем включают в