Cannon算法的MPI程序
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#include <stdlib.h>
#include <string.h> #include <mpi.h> #include <time.h> #include <stdio.h> #include <math.h> /* 全局变量声明 */ float **A, **B, **C; /* 总矩阵,C = A * B */ float *a, *b, *c, *tmp_a, *tmp_b; /* a、b、c表分块，tmp_a、tmp_b表缓冲区 */ int dg, dl, dl2,p, sp; /* dg:总矩阵维数;dl:矩阵块维数;dl2=dl*dl;p:处理器个数;sp＝sqrt(p) */ int my_rank, my_row, my_col; /* my_rank:处理器ID;(my_row,my_col):处理器逻辑阵列坐标 */ MPI_Status status; /* *函数名: get_index *功能：处理器逻辑阵列坐标至rank号的转换 *输入：坐标、逻辑阵列维数 *输出：rank号 */ int get_index( int row, int col, int sp) { return ((row+sp)%sp)*sp + (col+sp)%sp; } /* *函数名：random_A_B *功能：随机生成矩阵A和B */ void random_A_B() { int i,j; srand(( unsigned int)time(NULL)); /*设随机数种子*/ /*随机生成A,B,并初始化C*/ for(i= 0; i<dg ; i++) for(j= 0; j<dg ; j++) { A[i][j] = rand(); B[i][j] = rand(); C[i][j] = 0.0; } } /* 函数名：scatter_A_B * 功能：rank为0的处理器向其他处理器发送A、B矩阵的相关块 */ void scatter_A_B() { int i,j,k,l; int p_imin,p_imax,p_jmin,p_jmax; for(k= 0; k<p; k++) { /*计算相应处理器所分得的矩阵块在总矩阵中的坐标范围*/ p_jmin = (k % sp ) * dl; p_jmax = (k % sp + 1) * dl- 1; p_imin = (k - (k % sp))/sp * dl; p_imax = ((k - (k % sp))/sp + 1) *dl - 1; l = 0; /*rank=0的处理器将A,B中的相应块拷至tmp_a,tmp_b，准备向其他处理器发送*/ for(i=p_imin; i<=p_imax; i++) { for(j=p_jmin; j<=p_jmax; j++) { tmp_a[l] = A[i][j]; tmp_b[l] = B[i][j]; l++; } } /*rank=0的处理器直接将自己对应的矩阵块从tmp_a,tmp_b拷至a,b*/ if(k== 0) { memcpy(a, tmp_a, dl2 * sizeof( float)); memcpy(b, tmp_b, dl2 * sizeof( float)); } else /*rank=0的处理器向其他处理器发送tmp_a,tmp_b中相关的矩阵块*/ { MPI_Send(tmp_a, dl2, MPI_FLOAT, k, 1, MPI_COMM_WORLD); MPI_Send(tmp_b, dl2, MPI_FLOAT, k, 2, MPI_COMM_WORLD); } } } /* *函数名:init_alignment *功能:矩阵A和B初始对准 */ void init_alignment() { /*将A中坐标为(i,j)的分块A(i,j)向左循环移动i步*/ MPI_Sendrecv(a, dl2, MPI_FLOAT, get_index(my_row,my_col-my_row,sp), 1, tmp_a, dl2, MPI_FLOAT, get_index(my_row,my_col+my_row,sp), 1, MPI_COMM_WORLD, &status); memcpy(a, tmp_a, dl2 * sizeof( float) ); /*将B中坐标为(i,j)的分块B(i,j)向上循环移动j步*/ MPI_Sendrecv(b, dl2, MPI_FLOAT, get_index(my_row-my_col,my_col,sp), 1, tmp_b, dl2, MPI_FLOAT, get_index(my_row+my_col,my_col,sp), 1, MPI_COMM_WORLD, &status); memcpy(b, tmp_b, dl2 * sizeof( float) ); } /* *函数名：main_shift *功能：分块矩阵左移和上移，并计算分块c */ void main_shift() { int i,j,k,l; for(l= 0; l<sp; l++) { /*矩阵块相乘，c+=a*b */ for(i= 0; i<dl; i++) for(j= 0; j<dl; j++) for(k= 0; k<dl; k++) c[i*dl+j] += a[i*dl+k]*b[k*dl+j]; /* 将分块a左移1位 */ MPI_Send(a , dl2, MPI_FLOAT, get_index(my_row, my_col- 1, sp), 1, MPI_COMM_WORLD); MPI_Recv(a , dl2, MPI_FLOAT, get_index(my_row, my_col+ 1, sp), 1, MPI_COMM_WORLD, &status); /* 将分块b上移1位 */ MPI_Send(b , dl2, MPI_FLOAT, get_index(my_row- 1, my_col, sp), 1, MPI_COMM_WORLD); MPI_Recv(b , dl2, MPI_FLOAT, get_index(my_row+ 1, my_col, sp), 1, MPI_COMM_WORLD, &status); } } /* *函数名：collect_c *功能：rank为0的处理器从其余处理器收集分块矩阵c */ void collect_C() { int i,j,i2,j2,k; int p_imin,p_imax,p_jmin,p_jmax; /* 分块矩阵在总矩阵中顶点边界值 */ /* 将rank为0的处理器中分块矩阵c结果赋给总矩阵C对应位置 */ for (i= 0;i<dl;i++) for(j= 0;j<dl;j++) C[i][j]=c[i*dl+j]; for (k= 1;k<p;k++) { /*将rank为0的处理器从其他处理器接收相应的分块c*/ MPI_Recv(c, dl2, MPI_FLOAT, k, 1, MPI_COMM_WORLD, &status); p_jmin = (k % sp ) *dl; p_jmax = (k % sp + 1) *dl- 1; p_imin = (k - (k % sp))/sp *dl; p_imax = ((k - (k % sp))/sp + 1) *dl - 1; i2= 0; /*将接收到的c拷至C中的相应位置,从而构造出C*/ for(i=p_imin; i<=p_imax; i++) { j2= 0; for(j=p_jmin; j<=p_jmax; j++) { C[i][j]=c[i2*dl+j2]; j2++; } i2++; } } } /*函数名：print *功能：打印矩阵 *输入：指向矩阵指针的指针，字符串 */ void print( float **m, char *str) { int i,j; printf( "%s",str); /*打印矩阵m*/ for(i= 0;i<dg;i++) { for(j= 0;j<dg;j++) printf( "%15.0f ",m[i][j]); printf( "\n"); } printf( "\n"); } /* *函数名：main *功能：主过程，Cannon算法，矩阵相乘 *输入：argc为命令行参数个数，argv为每个命令行参数组成的字符串数组 */ int main( int argc, char *argv[]) { int i; MPI_Init(&argc, &argv); /* 启动MPI计算 */ MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &p); /* 确定处理器个数 */ MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &my_rank); /* 确定各自的处理器标识符 */ sp = sqrt(p); /* 确保处理器个数是完全平方数，否则打印错误信息，程序退出 */ if (sp*sp != p) { if (my_rank == 0) printf( "Number of processors is not a quadratic number!\n"); MPI_Finalize(); exit( 1); } if (argc != 2) { if (my_rank == 0) printf( "usage: mpirun -np ProcNum cannon MatrixDimension\n"); MPI_Finalize(); exit( 1); } dg = atoi(argv[ 1]); /* 总矩阵维数 */ dl = dg / sp; /* 计算分块矩阵维数 */ dl2 = dl * dl; /* 计算处理器在逻辑阵列中的坐标 */ my_col = my_rank % sp ; my_row = (my_rank-my_col) / sp ; /* 为a、b、c分配空间 */ a = ( float *)malloc( dl2 * sizeof( float) ); b = ( float *)malloc( dl2 * sizeof( float) ); c = ( float *)malloc( dl2 * sizeof( float) ); /* 初始化c */ for(i= 0; i<dl2 ; i++) c[i] = 0.0; /* 为tmp_a、tmp_b分配空间 */ tmp_a = ( float *)malloc( dl2 * sizeof( float) ); tmp_b = ( float *)malloc( dl2 * sizeof( float) ); if (my_rank == 0) { /* rank为0的处理器为A、B、C分配空间 */ A = ( float **)malloc( dg * sizeof( float*) ); B = ( float **)malloc( dg * sizeof( float*) ); C = ( float **)malloc( dg * sizeof( float*) ); for(i= 0; i<dg; i++) { A[i] = ( float *)malloc( dg * sizeof( float) ); B[i] = ( float *)malloc( dg * sizeof( float) ); C[i] = ( float *)malloc( dg * sizeof( float) ); } random_A_B(); /* rank为0的处理器随机化生成A、B矩阵 */ scatter_A_B(); /* rank为0的处理器向其他处理器发送A、B矩阵的相关块 */ } else /* rank不为0的处理器接收来自rank为0的处理器的相应矩阵分块 */ { MPI_Recv(a, dl2, MPI_FLOAT, 0 , 1, MPI_COMM_WORLD, &status); MPI_Recv(b, dl2, MPI_FLOAT, 0 , 2, MPI_COMM_WORLD, &status); } init_alignment(); /* A、B矩阵的初始对准 */ main_shift(); /* 分块矩阵左移、上移, cannon算法的主过程 */ if(my_rank == 0) { collect_C(); /* rank为0的处理器从其余处理器收集分块矩阵c */ print(A, "random matrix A : \n"); /* 打印矩阵A */ print(B, "random matrix B : \n"); /* 打印矩阵B */ print(C, "Matrix C = A * B : \n"); /* 打印矩阵C */ } else { MPI_Send(c,dl2,MPI_FLOAT, 0, 1,MPI_COMM_WORLD); /* rank不为0的处理器向rank为0的处理器发送矩阵块c */ } MPI_Barrier(MPI_COMM_WORLD); /* 同步所有处理器 */ MPI_Finalize(); /* 结束MPI计算 */ return 0; } |