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MPI 简介 MPI 及其历史： 消息传递接口（ Message Passing Interface ，简称 MPI ）是 一种编程接口标准，而不是一种具体的编程语言。 由消息传递接口论坛（ Message Passing Interface Forum ， 简称 MPIF ）发起讨论并进行规范化的。 MPI 标准如今已经成为事实意义上的消息传递并行编程标 准，也是最为流行的并行编程接口。 MPI 标准定义了一组具有可移植性的编程接口。 典型的实现包括开源的 MPICH 、 LAM MPI 以及不开 源的 INTEL MPI 。
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MPI 实现 MPICH ：最重要的 MPI 实现 影响力最大、用户最多的 MPI 实现。 由美国 Argonne 国家实验室开发，开发源代码。 支持单程序多数据、多程序多数据编程。 MPICH2 （ http://www- unix.mcs.anl.gov/mpi/mpich2/index.htm#download ）
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MPI 程序特点 MPI 程序是基于消息传递的并行程序； 消息传递指的是并行执行的各个进程具有自己独立 的堆栈和代码段； 各进程作为独立的程序独立执行； 进程间的信息交换完全是通过显示的调用通信函数 来完成。
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MPI 程序分类 可分为单程序多数据（ Single Program Multiple Data ， 简称 SPMD ）、多程序多数据（ Multiple Program Multiple Data ，简称 MPMD ）两种形式。 SPMD ：使用一个程序来处理多个不同数据集达到并行的 目的；
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单程序多数据 串行执行
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单程序多数据 并行执行
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多程序多数据 MPMD 使用不同的程序处理多个数据集，合作求解 一个问题。
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MPI 程序实例 Linux 系统环境配置 安装配置 Linux 保证 SSH 网络服务程序正常启动； 给每个节点配置 IP ； 配置 /etc/hosts 文件，改文件可以实现 IP 和机器的对应解析， 每个节点都要有这个文件，这样各个节点就可以通过节点 名字进行访问； 配置网络文件系统 NFS ，实现各节点和主节点内容同步更 新，自动实现目录对应，有共享目录； 配置 ssh ，实现 MPI 节点间用户的无密码访问； 安装 MPICH2 ，各节点 MPICH 和用户程序要在相同的目录， 各节点要有副本。
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MPI 程序实例
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MPI 函数说明 １、 MPI 初始化： MPI_Init 函数 用法： int MPI_Init （ &argc, &argv ） 每一个 MPI 进程调用的第一个 MPI 函数都是 MPI_Init 。该 函数指示系统完成所有的初始化工作，以备对后续 MPI 库 的调用进行处理。 ２、 MPI 结束： MPI_Finalize 函数 用法： int MPI_Finalize （） 在一个进程执行完其全部 MPI 库函数调用后，将调用函数 MPI_Finalize ，从而让系统释放分配给 MPI 的资源。它是 MPI 程序的最后一条可执行语句，否则程序的运行结果是 不可预知的。
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MPI 程序
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MPI 程序实例 —— 获取进程标志和机器名 ３、确定进程的标识符 用法： int MPI_Comm_rank （ MPI_COMM_WORLD ， &id ） 当 MPI 初始化后，每一个活动进程变成了一个叫做 MPI_COMM_WORLD 的通信域中的成员。通信域是一个 不透明的对象，提供了在进程之间传递消息的环境。在一 个通信域内的进程是有序的。在一个有 p 个进程的通信域 中，每一个进程有一个唯一的序号（ ID 号），取值为 0~p －１。进程可以通过调用函数 MPI_Comm_rank 来确定它 在通信域中的序号。 4 、确定进程数量 用法： int MPI_Comm_size （ MPI_COMM_WORLD ， &p ） 进程通过调用函数 MPI_Comm_size 来确定一个通信域中 的进程总数。
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MPI 程序实例 —— 获取进程标志和机器名
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MPI 的点对点通信 有消息传递功能的并行程序，消息传递是 MPI 编程的核心功 能，掌握了 MPI 消息传递编程方法就掌握了 MPI 编程的核心。 int MPI_Send(void* buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm) 参数说明： buf: 发送缓冲区的起始地址 count: 将要发送的数据的个数 datatype: 发送数据的数据类型 dest: 目的进程标识号 tag: 消息标志 comm ：通信域 MPI_Send 将发送缓冲区中的 count 个 datatype 数据类型的数据发送到目 的进程，目的进程在通信域中的标识号是 dest, 本次发送的消息标志是 tag, 使用这一标志，就可以把本次发送的消息和本进程向同一目的进 程发送的其他消息区别开。
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MPI 的点对点通信 int MPI_Recv(void* buf, int count, MPI_Datatype datatype, int source, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Status status) 参数说明： buf: 接收缓冲区的起始地址 count: 将接收的数据的个数（最多个数） datatype: 接收数据的数据类型 source: 接收数据的来源进程标识号 tag: 消息标志，与发送标志相匹配 comm ：通信域 status: 返回类型 ( 是由三个域组成的结构类型，这三个域分别是 : MPI_SOURCE 、 MPI_TAG 和 MPI_ERROR) MPI_ Recv 函数是 MPI 中基本的消息接收函数， MPI_ Recv 从指定的进 程 source 接收消息，并且该消息的数据类型和消息标识和本接收进程 的 datatype 和 tag 相一致，接收到的消息所包含的数据元素的个数最多 不能超过 count 。
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MPI 通信程序实例
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Monte Carlo 法在并行程序设计中的应用 直径 1 的单位圆，再做一正方形与之相切，在这个正 方形内随机产生 count 个点，判断是否落在圆内，落 在院内的点数目 m ， m 与 count 的比值近似为圆和正 方形面积的比值，所以：
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Monte Carlo 法在并行程序设计中的应用
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MPI 预定义数据类型
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一般的 MPI 程序设计流程图 MPI_Init （） MPI_Comm_rank () MPI_Comm_size () 建立新的通信器、定义新的数据类型和 进程拓扑结构 应用程序实体： 计算控制程序体； 进程间通信； MPI_Finalize () 退出 MPI 系统 程序参数说明 End
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计算与通信的并行 阻塞发送将发生阻塞, 直到通讯完成. 非阻塞可将通讯交由后台处理，通信与计算可重叠. int MPI_Isend(void* buf, int count, MPI_Datatype datatype, int dest, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Request *request) buf 发送缓冲区的起始地址 count 发送缓冲区的大小 ( 发送元素个数 ) datatype 发送缓冲区数据的数据类型 dest 目的进程的秩 tag 消息标签 comm 通信空间 / 通信子 request 非阻塞通信完成对象 ( 句柄 ) int MPI_Irecv(void* buf, int count, MPI_Datatype datatype, int source, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Request* request)
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计算与通信的并行
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计算与通信的并行 发送的完成 : 代表发送缓冲区中的数据已送出，发送 缓冲区可以重用。它并不代表数据已被接收方接收。 数据有可能被缓冲 ; 接收的完成 : 代表数据已经写入接收缓冲区。接收者 可访问接收缓冲区。 通过 MPI_Wait() 和 MPI_Test() 来判断通信是否已经完 成 ;
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MPI 程序的编译 用 mpicc 编译时，就像用一般的 C 编译器一样。还可 以使用一般的 C 的编译选项，含义和原来的编译器相 同. 例如：./mpicc -c foo.c./mpicc -o foo foo.o
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MPI 程序的运行 MPI 程序的执行步骤一般为： 编译以得到 MPI 可执行程序（若在同构的系统上，只需编译一次；若系 统异构，则要在每一个异构系统上都对 MPI 源程序进行编译） 将可执行程序拷贝到各个节点机上 通过 mpirun 命令并行执行 MPI 程序 mpirun –np N 其中： N ： 同时运行的进程数 : 可执行 MPI 程序名 例如： mpirun –np 6 cpi mpirun –np 4 hello
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Intel 软件工具 Performance Analyzer ：性能分析，找到软件性能比 较热的部分，一般也就是性能瓶颈的关键点，帮助 我们收集数据发现问题。 Intel Threading Checker ：用于查找线程错误, 能够检 测资源竞争、线程死锁等问题. 大家程序在并行化后, 可以通过 Threading Checker 检测一下有没有多线程 相关的错误。 Intel Threading Profiler ：线程性能检测工具, 多线程 化有可能会有负载比平衡, 同步开销过大等等线程相 关的性能问题。该工具可以帮你发现每一个线程每 一时刻的状态。
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VTune 性能分析器 性能分析器功能与使用方法 取样功能、调用图功能、计数器监视器以及经过改进的英 特尔调优助手； 在 Windows 下同时提供图形化与命令行界面； 允许选择是否与 Visual Studio.NET 集成； 为基于 IA-32 与英特尔安腾处理器的 Linux 应用程序提供 远程支持； 可以对基于英特尔 PXA250 、 PXA255 与 PXA26x 处理器 的应用程序进行取样。
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VTune 性能分析器 取样（ Sampling ）：帮助开发者分辨程序中最消耗 时间的函数和模块，并给出操作系统和应用程序的 详细视图。它能够寻找程序中的热点区域（ Hot Spot ） —— 最耗时间的模块、函数、代码行和汇编 指令，并提供进程、线程、模块、函数以及代码等 不同层次的各种视图，并在下方的表格内将具体参 数列了出来。 低功耗：取样产生的时间开销不到 1% 。 对指令无要求：开发者不必为取样而对程序代码做任何改 动。
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VTune 性能分析器 取样主要有两种方式： 基于时间取样（ Time-based Sampling -- TBS ）：基于时间 取样的方式或者由操作系统的时钟服务触发，或者在每隔 n 个处理器时钟周期后自动触发。 基于事件取样（ Event-based Sampling -- EBS ）：基于事件 取样的方式主要由处理器的事件寄存器溢出（ overflow ） 来触发。这样的事件通常是处理器相关的，主要包括如二 级缓存缺失、分支转移预测失败、浮点数指令提交等事件。
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曲线图 调用曲线图通过分析程序运行时函数的入口点和出 口点，生成一张调用曲线图并且确定调用顺序和显 示关键路径。它显示线程创建，函数执行，以及它 们之间的父子继承关系。它分析提供关于程序流程 的示意图，帮助开发者快速识别主要功能和调用顺 序。 调用曲线图展现了以下几个部分： 程序函数级的框架结构 某个函数被某特定区域调用的次数 每个函数消耗的时间 处于关键路径上的函数
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Thread Checker 线程检查器 快速查找和修复 Windows 和 OpenMP 线程软件中的 bug 。 监控程序执行过程中的线程行为，发现其中存在的竞争现象、 线程阻塞以及潜在的线程死锁问题，提示同线程错误相关的 源代码位置、侵权变量以及堆栈跟踪等。 线程检查器含有一个错误检测引擎，可以在数小时内定位难 于发现的线程错误，这些错误有时使用传统的工具或软件根 本就发现不了。 在程序执行期间监控其线程行为，能够检测多种类型的线程 错误。 可以发现数据竞争现象，另外，它还能发现线程死锁和阻塞 问题。 英特尔线程检查器支持 Intel 64 与 Microsoft Visual Studio* 环 境，通常集成到 Intel® VTune 性能分析器中使用。
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