Немнюгин С.А. Средства программирования для многопроцессорных вычислительных систем

Подождите немного. Документ загружается.

MPI_PACK(INBUF, INCOUNT, DATATYPE, OUTBUF, OUTCOUNT, POSITION, COMM,

IERR)

При

вызове

incount

элементов

указанного

типа

выбираются

из

входного

буфера

упаковываются

выходном

буфере

начиная

положения

position

Входные

параметры

•

inbuf



начальный

адрес

входного

буфера

;

•

incount



количество

входных

данных

;

•

datatype



тип

каждого

входного

элемента

данных

;

•

outcount



размер

выходного

буфера

байтах

;

•

position



текущее

положение

буфере

байтах

;

•

comm



коммуникатор

для

упакованного

сообщения

Выходной

параметр

•

outbuf



стартовый

адрес

выходного

буфера

Распаковка

данных

int MPI_Unpack(void *inbuf, int insize, int *position, void *outbuf,

int outcount, MPI_Datatype datatype, MPI_Comm comm)

MPI_UNPACK(INBUF, INSIZE, POSITION, OUTBUF, OUTCOUNT, DATATYPE, COMM,

IERR)

Входные

параметры

•

inbuf



стартовый

адрес

входного

буфера

;

•

insize



размер

входного

буфера

байтах

;

•

position



текущее

положение

байтах

;

•

outcount



количество

данных

которые

должны

быть

распакованы

;

•

datatype



тип

каждого

выходного

элемента

данных

;

•

comm



коммуникатор

для

упаковываемого

сообщения

Выходной

параметр

•

outbuf



стартовый

адрес

выходного

буфера

Определение

объема

памяти

size

(

байтах

необходимого

для

распаковки

сообщения

int MPI_Pack_size(int incount, MPI_Datatype datatype, MPI_Comm comm,

int *size)

MPI_PACK_SIZE(INCOUNT, DATATYPE, COMM, SIZE, IERR)

Входные

параметры

•

incount



аргумент

count

использованный

при

упаковке

;

•

datatype



тип

упакованных

данных

;

•

comm



коммуникатор

Атрибуты

Механизм

назначения

атрибутов

является

дополнительным

средством

обмена

информацией

между

процессами

Создание

нового

ключа

атрибута

keyval

(

выходной

параметр

)

int MPI_Keyval_create(MPI_Copy_function *copy_fn, MPI_Delete_function

*delete_fn, int *keyval, void *extra_state)

MPI_KEYVAL_CREATE(COPY_FN, DELETE_FN, KEYVAL, EXTRA_STATE, IERR)

Ключи

уникальны

для

каждого

процесса

не

видны

пользователю

хотя

явным

образом

хранятся

виде

целых

значений

Будучи

однажды

задан

ключ

может

быть

использован

для

задания

атрибутов

доступа

ним

любом

коммуникаторе

Функция

copy_fn

вызывается

когда

коммуникатор

дублируется

подпрограммой

MPI_Comm_dup

функция

delete_fn

используется

для

удаления

Параметр

extra_state

задает

дополнительную

информацию

(

состояние

)

для

функций

копирования

удаления

Задание

типа

функции

MPI_Copy_function

typedef int MPI_Copy_function(MPI_Comm oldcomm, int keyval, void

*extra_state, void *attribute_val_in, void *attribute_val_out, int

*flag)

SUBROUTINE COPY_FUNCTION(OLDCOMM, KEYVAL, EXTRA_STATE,

ATTRIBUTE_VAL_IN, ATTRIBUTE_VAL_OUT, FLAG, IERR)

Функция

копирования

вызывается

для

каждого

значения

ключа

исходном

коммуникаторе

произвольном

порядке

Каждое

обращение

функции

копирования

выполняется

со

значением

ключа

соответствующим

ему

атрибутом

Если

она

возвращает

значение

флага

flag

= 0,

атрибут

удаляется

из

продублированного

коммуникатора

противном

случае

(

flag

= 1)

устанавливается

новое

значение

атрибута

равное

значению

возвращенному

параметре

attribute_val_out

Функцию

copy_fn

языках

или

FORTRAN

можно

определить

значениями

MPI_NULL_COPY_FN

или

MPI_DUP_FN

Значение

MPI_NULL_COPY_FN

является

функцией

которая

не

выполняет

никаких

действий

только

возвращает

значение

флага

flag

= 0

MPI_SUCCESS

Значение

MPI_DUP_FN

представляет

собой

простейшую

функцию

дублирования

Она

возвращает

значение

флага

flag

= 1,

значение

атрибута

переменной

attribute_val_out

код

завершения

MPI_SUCCESS

Аналогичной

copy_fn

является

функция

удаления

которая

определяется

следующим

образом

Функция

delete_fn

вызывается

когда

коммуникатор

удаляется

вызовом

MPI_Comm_free

или

при

вызове

MPI_Attr_delete

Она

должна

иметь

тип

MPI_Delete_function

который

определяется

следующим

образом

typedef int MPI_Delete_function(MPI_Comm comm, int keyval, void

*attribute_val, void *extra_state);

SUBROUTINE DELETE_FUNCTION(COMM, KEYVAL, ATTRIBUTE VAL, EXTRA STATE,

IERR)

Эта

функция

вызывается

подпрограммами

MPI_Comm_free

MPI_Attr_delete

MPI_Attr_put

Функция

удаления

может

быть

пустой

" 

MPI_NULL_DELETE_FN

Функция

MPI_NULL_DELETE_FN

не

выполняет

никаких

действий

возвращая

только

значение

MPI_SUCCESS

Специальное

значение

ключа

MPI_KEYVAL_INVALID

никогда

не

возвращается

подпрограммой

MPI_Keyval_create

Его

можно

использовать

для

инициализации

ключей

Удаление

ключа

keyval

int MPI_Keyval_free(int *keyval)

MPI_KEYVAL_FREE(KEYVAL, IERR)

Эта

функция

присваивает

параметру

keyval

значение

MPI_KEYVAL_INVALID

Используемый

атрибут

можно

удалить

поскольку

фактическое

удаление

происходит

только

после

того

как

будут

удалены

все

ссылки

на

атрибут

Эти

ссылки

должны

быть

явным

образом

удалены

программой

например

посредством

вызова

MPI_Attr_delete



каждый

такой

вызов

удаляет

один

экземпляр

атрибута

либо

вызовом

MPI_Comm_free

который

удаляет

все

экземпляры

атрибута

связанные

удаляемым

коммуникатором

Задание

атрибута

attribute

который

дальнейшем

может

использоваться

подпрограммой

MPI_Attr_get

int MPI_Attr_put(MPI_Comm comm, int keyval, void* attribute)

MPI_ATTR_PUT(COMM, KEYVAL, ATTRIBUTE, IERR)

атрибутом

ассоциируется

значение

ключа

keyval

Если

значение

атрибута

уже

задано

результат

будет

аналогичен

ситуации

когда

сначала

для

удаления

предыдущего

значения

вызывается

MPI_Attr_delete

(

выполняется

функция

обратного

вызова

delete_fn

затем

сохраняется

новое

значение

Вызов

завершится

ошибкой

если

нет

ключа

со

значением

keyval

частности

MPI_KEYVAL_INVALID



ошибочное

значение

ключа

Не

допускается

изменение

системных

атрибутов

MPI_TAG_UB

MPI_HOST

MPI_IO

MPI_WTIME_IS_GLOBAL

Если

атрибут

уже

назначен

вызывается

функция

удаления

заданная

при

создании

соответствующего

ключа

Определение

значения

атрибута

attribute

соответствующее

значению

ключа

keyval

int MPI_Attr_get(MPI_Comm comm, int keyval, void *attribute, int

*flag)

MPI_ATTR_GET(COMM, KEYVAL, ATTRIBUTE, FLAG, IERR)

Первый

параметр

задает

коммуникатор

которым

связан

атрибут

Если

ключа

со

значением

keyval

нет

возникает

ошибка

Ошибки

не

возникает

если

значение

key

существует

но

соответствующий

атрибут

не

присоединен

коммуникатору

comm

этом

случае

возвращается

значение

флага

flag = false

Вызов

MPI_Attr_put

передает

параметре

attribute_val

значение

атрибута

вызов

подпрограммы

MPI_Attr_get

передает

параметре

attribute_val

адрес

по

которому

возвращается

значение

атрибута

Атрибуты

должны

извлекаться

из

программ

написанных

на

тех

же

языках

на

которых

они

задавались

помощью

вызова

подпрограммы

MPI_Attr_put

Удаление

атрибута

указанным

значением

ключа

int MPI_Attr_delete(MPI_Comm comm, int keyval)

MPI_ATTR_DELETE(COMM, KEYVAL, IERR)

Делается

это

помощью

функции

удаления

атрибута

delete_fn

заданной

при

создании

keyval

Параметр

comm

задает

коммуникатор

которым

связан

атрибут

Все

аргументы

данной

подпрограммы

входные

При

любом

дублировании

коммуникатора

помощью

подпрограммы

MPI_Comm_dup

вызываются

все

функции

копирования

для

атрибутов

установленных

данный

момент

времени

Порядок

вызова

произволен

Аналогичные

действия

выполняются

при

удалении

коммуникатора

вызовом

MPI_Comm_free

но

вызываются

все

функции

удаления

Реализации MPI

Существуют различные реализации MPI. Среди них MPICH (MPI CHameleon,

www.mcs.anl.gov) – свободно распространяемая реализация MPI с открытым

кодом; LAM (Local Area Multicomputer) – еще одна реализация MPI (www.lam-

mpi.org); Microsoft® MPI и Intel® MPI и т. д.

Существуют реализации MPI, ориентированные на работу в среде грид.

Новое в спецификации MPI-2

Спецификация

MPI-2

является

расширением

MPI-1

содержит

следующие

новые

возможности

•

введены

средства

управления

процессами

частности

процедуры

запуска

новых

процессов

MPI_COMM_SPAWN

MPI_COMM_SPAWN_MULTIPLE

из

выполняющейся

программы

другие

;

•

добавлены

средства

программирования

клиент

серверных

приложений

взаимодействующих

через

заданный

порт

;

•

появился

новый

класс

обменов

—

односторонние

когда

процесс

источник

сообщения

устанавливает

параметры

обмена

не

только

для

себя

но

для

процесса

получателя

;

•

расширены

возможности

коллективных

обменов

том

числе

обменов

использованием

интеркоммуникаторов

;

•

добавлены

операции

параллельного

ввода

вывода

файл

;

•

введена

возможность

добавления

новой

функциональности

поверх

» MPI —

механизм

внешних

интерфейсов

Изменилась

также

архитектура

системы

для

запуска

параллельных

программ

используется

другая

программа

стартер

IV. Фортран 90

Для

разработки

параллельных

программ

часто

используется

язык

программирования

Фортран

Это

одно

из

наиболее

эффективных

средств

программирования

вычислительных

задач

приводится

краткое

описание

языка

Формат записи исходного текста

Для

записи

исходного

текста

программы

на

Фортране

могут

использоваться

фиксированный

свободный

форматы

Первый

из

них

характерен

для

стандарта

Фортран

77,

второй

применяется

Фортране

более

новых

версиях

Фортран

поддерживает

также

фиксированный

формат

что

обеспечивает

совместимость

со

старыми

стандартами

записи

При

записи

исходного

текста

фиксированном

формате

строка

содержит

позиции

Первые

пять

позиций

отведены

для

меток

шестая

может

быть

пустой

или

содержать

любой

отличный

от

пробела

символ

последнем

случае

строка

считается

строкой

продолжения

при

обработке

компилятором

присоединяется

предыдущей

строке

программы

Оператор

может

занимать

позиции

по

72.

свободном

формате

записи

все

позиции

строки

равноправны

ее

длина

составляет

132

символа

Структура программы

Программа

на

Фортране

состоит

из

главной

программы

возможно

некоторого

числа

подпрограмм

Подпрограммы

могут

быть

функциями

или

процедурами

внешними

внутренними

или

модульными

Различные

программные

компоненты

могут

компилироваться

раздельно

Первым

оператором

главной

программы

является

её

заголовок

PROGRAM

За

ним

следует

имя

программы

PROGRAM ИМЯ_ПРОГРАММЫ

Имя

программы

обязательно

начинается

буквы

затем

могут

идти

буквы

цифры

символы

подчеркивания

например

PROGRAM SUMMATION

PROGRAM QUADRATIC_EQUATION_SOLVER45

Максимальная

длина

любого

имени

программах

на

Фортране

— 31

символ

Первым

оператором

подпрограммы

может

быть

только

ее

заголовок

FUNCTION

или

SUBROUTINE

Последней

строкой

программного

компонента

должна

быть

строка

оператором

END

Заключительный

оператор

главной

программы

может

иметь

также

вид

END PROGRAM ИМЯ_ПРОГРАММЫ

ИМЯ_ПРОГРАММЫ

является

необязательной

частью

оператора

После

заголовка

следуют

описания

переменных

констант

меток

подпрограмм

других

объектов

используемых

программе

Эта

ее

часть

называется

разделом

описаний

После

раздела

описаний

следует

раздел

операторов

Базовые типы данных

Перечень

встроенных

типов

порядке

возрастания

их

ранга

дан

ниже

•

LOGICAL(1)

BYTE

•

LOGICAL(2)

•

LOGICAL(4)

•

INTEGER(1)

•

INTEGER(2)

•

INTEGER(4)

•

REAL(4)

•

REAL(8)

•

COMPLEX(8)

•

COMPLEX(16)

каждого

встроенного

типа

Фортрана

есть

несколько

разновидностей

которые

отличаются

друг

от

друга

диапазоном

значений

некоторыми

другими

характеристиками

Значение

символьного

типа

CHARACTER

представляет

собой

строку

символов

Длина

строкового

значения

Фортране

может

быть

произвольной

задается

помощью

параметра

LEN

предложении

описания

строковой

переменной

например

CHARACTER(LEN = 430) :: Shakespeare_sonet

Предложение описания

Предложение

описания

переменных

Фортране

имеет

вид

ТИП[, АТРИБУТЫ] :: СПИСОК_ПЕРЕМЕННЫХ

списке

имена

переменных

разделяются

запятыми

ТИП

задает

общий

тип

переменных

являясь

идентификатором

типа

REAL, PARAMETER :: salary = 2000

Фортране

используются

следующие

атрибуты

объектов

•

PARAMETER



объект

является

именованной

константой

;

•

PUBLIC



объект

является

доступным

за

пределами

модуля

;

•

PRIVATE



объект

недоступен

за

пределами

модуля

;

•

POINTER



объект

является

ссылкой

(

указателем

);

•

TARGET



объект

можно

использовать

качестве

адресата

операторах

назначения

ссылок

;

•

ALLOCATABLE



объект

является

динамическим

массивом

;

•

DIMENSION



объект

является

массивом

;

•

INTENT



определяет

вид

связи

для

параметра

процедуры

(

является

входным

выходным

или

входным

выходным

);

•

OPTIONAL



необязательный

параметр

процедуры

;

•

SAVE



сохранять

значение

локальной

переменной

подпрограммы

промежутке

между

ее

вызовами

;

•

EXTERNAL



для

внешней

функции

;

•

INTRINSIC



для

внутренней

функции

Буквальные константы

Буквальные

числовые

константы

записываются

обычным

образом

Комплексная

буквальная

константа

записывается

круглых

скобках

•

(0., 1.)



соответствует

мнимой

единице

•

(2., 1.)



соответствует

комплексному

числу

2 + i.

Имеются

две

буквальные

логические

константы

•

.TRUE.

— "

истина

•

.FALSE.

— "

ложь

Буквальная

символьная

константа

обрамляется

апострофами

которые

не

входят

значение

являются

ограничителями

значения

Вместо

апострофов

могут

быть

использованы

кавычки

Арифметические и логические операции

Арифметические

операции

Фортрана

(

порядке

убывания

приоритета

•

** —

возведение

степень

;

•

*, / —

умножение

деление

;

•

–, + —

вычитание

сложение

Минус

(–)

плюс

(+)

используются

также

как

знаки

унарных

операций

Фортране

поддерживаются

следующие

операции

отношения

Знак операции Альтернативное

обозначение

Название операции сравнения

.LT. <

меньше

.LE. <=

меньше

или

равно

.GT. >

больше

.GE. >=

больше

или

равно

.EQ. ==

Равно

.NE

не

равно

Для

значений

комплексного

типа

действительны

только

операции

равно

" (.

не

равно

.).

Логические

операции

Операция Значение операции

.NOT

Логическое

отрицание

.AND.

Логическое

пересечение

(

умножение

логическое

.OR.

Логическое

объединение

(

сложение

логическое

ИЛИ

.EQV

.NEQV.

Логические

эквивалентность

неэквивалентность

(

логические

равенство

неравенство

)

Массивы

описываются

помощью

атрибута

DIMENSION

REAL, DIMENSION(1:100) :: C

Параметром

этого

атрибута

должен

быть

список

экстентов

(

экстент

–

количество

элементов

массива

для

каждого

измерения

)

описываемых

массивов

виде

(экстент_1, экстент_2, …, экстент_n)

Число

экстентов

определяет

ранг

массива

Каждый

экстент

записывается

виде

[ нижняя_граница : ] верхняя_граница

Пример

REAL, DIMENSION(0:10, 2, -3:3,11) :: FGRID

Если

значение

нижней

границы

опущено

ее

значение

полагается

равным

некоторых

случаях

список

экстентов

сводится

списку

разделенных

запятыми

двоеточий

число

которых

равно

рангу

массива

Только

число

экстентов

задается

при

объявлении

динамического

массива

REAL, ALLOCATABLE, DIMENSION(:, :) :: BE_LATER

Динамический

массив

—

это

массив

размер

которого

определяется

при

выполнении

программы

тогда

же

происходит

выделение

памяти

под

него

Пример

PROGRAM dyn_array

IMPLICIT NONE

INTEGER SIZE

REAL, ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::array

WRITE(*, *) 'SIZE?'

READ(*, *) SIZE

IF(SIZE > 0) ALLOCATE(array(SIZE))

…

IF(ALLOCATED(array)) DEALLOCATE(array)

END PROGRAM dyn_array

Оператор

описания

массива

может

не

содержать

атрибута

DIMENSION

форма

массива

может

быть

указана

непосредственно

после

его

идентификатора

REAL X(10, 20, 30), Y(100), Z(2, 300, 2, 4)

Пример программы

Решение нелинейного уравнения методом Ньютона

PROGRAM NEWTON

IMPLICIT NONE

REAL(8) :: X, DX, F, DF

X = 3.3 ! НАЧАЛЬНОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ

DO ! НЬЮТОНОВСКИЕ ИТЕРАЦИИ

DX = F(X) / DF(X) ! ВЫЧИСЛЕНИЕ ШАГА

X = X – DX ! ВЫЧИСЛЕНИЕ ОЧЕРЕДНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ

IF(DX <= SPACING(X)) EXIT ! ЦИКЛ ЗАВЕРШАЕТСЯ, КОГДА

! ШАГ МЕНЬШЕ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ДВУМЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМИ

! ВЕЩЕСТВЕННЫМИ ЗНАЧЕНИЯМИ

END DO

PRINT *, X ! ВЫВОД ЗНАЧЕНИЯ КОРНЯ

PRINT *, F(X) ! ВЫВОД ЗНАЧЕНИЯ ФУНКЦИИ В ТОЧКЕ X

PRINT *, DF(X) ! ВЫВОД ЗНАЧЕНИЯ ПРОИЗВОДНОЙ

! ФУНКЦИИ В ТОЧКЕ X

END PROGRAM NEWTON

REAL(8) FUNCTION F(X)

IMPLICIT NONE

REAL(8) :: X

F = SIN(X)

RETURN

END

Перечень операторов языка

Ниже

дается

перечень

некоторых

конструкций

операторов

Фортрана

Необязательные

элементы

заключены

квадратные

скобки

[].

Если

символ

пробела

не

окружен

квадратными

скобками

то

он

является

обязательным

Таблица 4.

Операторы

программных

компонент

Оператор Описание

PROGRAM имя_программы

Оператор

заголовка

главной

программы

MODULE имя_модуля

Оператор

заголовка

модуля

END[ MODULE[ имя_модуля]]

Оператор

завершения

модуля

USE имя_модуля

[, ONLY

only_список]

Оператор

подключения

модуля

[RECURSIVE ]SUBROUTIN

имя_подпрограммы

[([список_формальных_параметров]

)]

Оператор

заголовка

подпрограммы

процедуры

[тип ][RECURSIVE ]FUNCTION

имя_функции

([список_формальных_параметров])

[ RESULT(имя_результата)]

Оператор

заголовка

подпрограммы

функции

INTERFACE[ родовое_описание]

Оператор

заголовка

интерфейса

END[ ]INTERFACE

Оператор

завершения

интерфейса

CONTAINS

Оператор

содержания

ENTRY

BLOCK[ ]DATA[ имя_блока_данных]

Оператор

заголовка

блока

данных

END[ ]BLOCK[ ]DATA[

имя_блока_данных]

Оператор

завершения

блока

данных