Добавил:
baraevaliza
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Лабы по ПарАлг 2024 / Baraeva_Elizaveta_lb1
.pdf
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ЛЭТИ» ИМ. В. И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
Кафедра МО ЭВМ
ОТЧЕТ
по лабораторной работе №1
по дисциплине «Параллельные алгоритмы»
Тема: Запуск параллельной программы на различном числе
одновременно работающих процессов, упорядочение вывода
результатов
Студентка гр. 2383
Бараева Е. Н.
Преподаватель
Татаринов Ю. С.
Санкт-Петербург
2024
2
Цель работы.
Изучить основы MPI. Написать параллельную программу с
использованием MPI. Проанализировать результаты работы с построением
графика ускорения/замедления, а также с построением сети Петри.
Задание.
1. Написать параллельную программу MPI, где каждый процесс
определяет свой ранг MPI_Comm_rank (MPI_COMM_WORLD,
&ProcRank);, после чего действия в программе разделяются. Все
процессы, кроме процесса с рангом 0 else, передают значение своего
ранга нулевому процессу MPI_Send (&ProcRank, 1, MPI_INT, 0, 0,
MPI_COMM_WORLD);. Процесс с рангом 0 if ( ProcRank == 0 ){...}
сначала печатает значение своего ранга printf ("\n Hello from
process %3d", ProcRank);, а далее последовательно принимает
сообщения с рангами процессов MPI_Recv(&RecvRank, 1, MPI_INT,
MPI_ANY_SOURCE, MPI_ANY_TAG, MPI_COMM_WORLD, &Status);
и также печатает их значения printf("\n Hello from process %3d",
RecvRank); . При этом важно отметить, что порядок приема сообщений
заранее не определен и зависит от условий выполнения параллельной
программы (более того, этот порядок может изменяться от запуска к
запуску).
2. Запустить программу на 1,2 … N процессах несколько раз.
3. Проанализировать порядок вывода сообщений на экран. Вывести
правило, определяющее порядок вывода сообщений.
4. Построить график времени работы программы в зависимости от числа
запущенных процессов от 1 до 16 Размер шага – например, 4.
5. Построить график ускорения/замедления работы программы.
3
6. Модифицировать программу таким образом, чтобы порядок вывода
сообщений на экран соответствовал номеру соответствующего
процесса.
7. Нарисовать сеть Петри для двух вариантов MPI программы.
Выполнение работы.
Написана параллельная программа MPI с замером времени выполнения,
в которой несколько процессов принимают сообщения, а один принимает их
все и выводит в терминал.
Результаты запуска программы приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Запуск программы на разном количестве процессов
Кол-во
процессов
Порядок вывода процессов
Время работы, с
1 0 0.000002
2
0, 1
0.000038
3
0, 1, 2
0.000129
0.000176
4
0, 1, 3, 2
0.000070
0, 2, 1, 3
0.000084
5
0, 3, 1, 4, 2
0.000132
0, 3, 1, 2, 4
0.000215
6
0, 3, 5, 2, 1, 4
0.000093
0, 4, 5, 3, 1, 2
0.000116
7
0, 5, 1, 4, 3, 6, 2
0.000127
0, 1, 4, 5, 3, 6, 2
0.000224
8
0, 3, 7, 5, 4, 1, 6, 2
0.000157
0, 6, 2, 4, 3, 1, 5, 7
0.000962
9
0, 1, 5, 6, 2, 4, 8, 3, 7
0.000123
0, 7, 1, 8, 4, 5, 6, 3, 2
0.000601
10
0, 3, 7, 2, 9, 5, 1, 6, 4, 8
0.000102
0, 6, 1, 4, 7, 8, 3, 2, 9, 5
0.000461
11
0, 1, 9, 7, 5, 4, 3, 2, 8, 6, 10
0.000144
0, 10, 6, 8, 7, 1, 9, 5, 4, 3, 2
0.000569
12
0, 10, 5, 11, 4, 3, 6, 9, 8, 2, 1, 7
0.000123
0, 3, 11, 4, 10, 7, 5, 9, 8, 6, 1, 2
0.002324
13
0, 12, 7, 3, 10, 2, 6, 5, 11, 1, 9, 4, 8
0.000113
0, 8, 11, 1, 9, 4, 5, 12, 10, 7, 6, 3, 2
0.000699
14
0, 3, 7, 11, 13, 2, 10, 5, 9, 4, 1, 8, 12, 6
0.000487
0, 1, 12, 5, 4, 3, 10, 11, 13, 7, 2, 6, 9, 8
0.001076
4
15
0, 11, 14, 10, 7, 6, 9, 8, 1, 13, 5, 3, 2, 4, 12
0.000382
0, 13, 12, 9, 1, 5, 4, 14, 11, 3, 2, 10, 7, 6, 8
0.003438
16
0, 12, 2, 6, 4, 14, 10, 8, 7, 11, 13, 15, 5, 3, 9, 1
0.000388
0, 15, 9, 7, 1, 3, 11, 14, 6, 2, 10, 12, 4, 8, 13, 5
0.003068
Анализируя вывод программы, видим, что порядок вывода сообщений
может быть любой, исключением является процесс с рангом 0, который
всегда выводит своё сообщение первым. На порядок вывода сигналов влияет
планировщик задач. Также время выполнения программы сильно варьируется
от запуска к запуску. Это происходит, скорее всего, потому что объем
вычислительных операций несравнимо мал и поэтому случайные факторы
сильно сказываются на времени работы программы.
Сеть Петри см. на рисунке 1.
Рисунок 1 – Сеть Петри для произвольного порядка
T_0,1 – печать сообщения «Hello from process 0» и начало цикла; P_0,1 –
итерация цикла приёма сообщений; P_0,2 – сообщение получено. P_𝑖,1 –
отправка сообщения в процесс 0; P_𝑖,2 – ожидание приёма сообщения; P_𝑖,3 –
подтверждение приёма сообщения; T_𝑖,1 – сообщение отправлено, переход к
завершению программы.
Для вывода сообщений процессов в порядке возрастания рангов нужно
изменить аргумент MPI_SOURCE_ANY на i, т.е. на ранг процесса.
Сеть Петри см. на рисунке 2.
5
Рисунок 2 – Сеть Петри с фиксированным порядком
T_0,1 – печать начального сообщения; P_0,1 – ожидание сообщения;
P_0,2 – сообщение принято и отправлено подтверждение приёма, P_0,3 –
ожидание следующего сообщения; P_0,𝑛+1 – сообщение n принято и
отправлено подтверждение приема. P_𝑖,1 – сообщение отправлено, P_𝑖,2 –
процесс ожидает подтверждение приёма; P_𝑖,3 – отправлено подтверждение
доставки сообщения; T_𝑖,1 – переход к завершению программы.
Разработанный программный код см. в приложении А.
Исследование программы.
Построим график времени работы программы в зависимости от числа
запущенных процессов от 1 до 16 (с шагом – 2). Для этого запустим
программу по пять раз, и в качестве значения возьмём среднее.
6
График времени работы программы в зависимости от числа запущенных
процессов см. на рисунке 3.
Рисунок 3 – График времени работы программы в зависимости от числа
запущенных процессов
По графику видно, что время работы программы возрастает вместе с
увеличением количества процессов.
График ускорения/замедления программы см. на рис. 4.
Рисунок 4 – График ускорения/замедления программы
7
Из графика можно понять, что программа замедляется при увеличении
количества процессов. Так получается из-за того, что программа получилась
не параллельная, а последовательная.
Вывод.
Были получены навыки работы с протоколом MPI и его реализацией.
Написана программа на языке C, использующая возможности MPI.
Проведены замеры времени работы программы в зависимости от количества
процессов и проанализированы результаты. Построены графики
замедления/ускорения и работы программы, а также сети Петри. Было
замечено, что программа замедляется при увеличении числа процессов.
8
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ИСХОДНЫЙ КОД ПРОГРАММЫ
Название файла: mess.c
#include <stdio.h>
#include "mpi.h"
#define RECV_ORDER 0
int main(int argc, char **argv) {
int proc_rank, num_procs, n;
double time_start = 0.0, time_end;
MPI_Status status;
MPI_Init(&argc, &argv);
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &proc_rank);
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &num_procs);
if (proc_rank == 0) {
printf("Hello from process %3d\n", proc_rank);
time_start = MPI_Wtime();
for (int i = 1; i < num_procs; i++) {
MPI_Recv(&n, 1, MPI_INT, MPI_ANY_SOURCE,
MPI_ANY_TAG, MPI_COMM_WORLD, &status);
printf("Hello from process %3d\n", n);
}
time_end = MPI_Wtime();
printf("The program has taken %lf seconds\n", time_end
- time_start);
}
else {
MPI_Send(&proc_rank, 1, MPI_INT, 0, 0, MPI_COMM_WORLD);
}
MPI_Finalize();
return 0;
}
Название файла: order.c
#include <stdio.h>
#include "mpi.h"
#define RECV_ORDER 0
int main(int argc, char **argv) {
int proc_rank, num_procs, n;
double time_start = 0.0, time_end;
MPI_Status status;
MPI_Init(&argc, &argv);
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &proc_rank);
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &num_procs);
if (proc_rank == 0) {
9
printf("Hello from process %3d\n", proc_rank);
time_start = MPI_Wtime();
for (int i = 1; i < num_procs; i++) {
MPI_Recv(&n, 1, MPI_INT, i, MPI_ANY_TAG,
MPI_COMM_WORLD, &status);
printf("Hello from process %3d\n", n);
}
time_end = MPI_Wtime();
printf("The program has taken %lf seconds\n", time_end
- time_start);
}
else {
MPI_Send(&proc_rank, 1, MPI_INT, 0, 0, MPI_COMM_WORLD);
}
MPI_Finalize();
return 0;
}
Соседние файлы в папке Лабы по ПарАлг 2024