C++集体数据交换实现示例讲解

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  • 一、说明
  • 二、示例和代码

一、说明

到目前为止介绍的功能共享一对一的关系:即一个进程发送和一个进程接收。链接是通过标签建立的。本节介绍在多个进程中调用相同参数但执行不同操作的函数。对于一个进程,函数可能会发送数据,对于另一个进程,它可能会接收数据。这些功能称为集体操作。

二、示例和代码

示例 47.9。使用 gather() 从多个进程接收数据

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <vector>
#include <string>
#include <iterator>
#include <algorithm>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  if (world.rank() == 0)
  {
    std::vector<std::string> v;
    boost::mpi::gather<std::string>(world, "", v, 0);
    std::ostream_iterator<std::string> out{std::cout, "\n"};
    std::copy(v.begin(), v.end(), out);
  }
  else if (world.rank() == 1)
  {
    boost::mpi::gather(world, std::string{"Hello, world!"}, 0);
  }
  else if (world.rank() == 2)
  {
    boost::mpi::gather(world, std::string{"Hello, moon!"}, 0);
  }
}

Example47.9

示例 47.9 在多个进程中调用函数 boost::mpi::gather()。函数是发送还是接收取决于参数。

等级为 1 和 2 的进程使用 boost::mpi::gather() 发送数据。它们将发送的数据作为参数传递——字符串“Hello, world!”和“你好,月亮!” – 以及数据应传输到的进程的级别。由于 boost::mpi::gather() 不是成员函数,因此还必须传递 communicator world。

等级为 0 的进程调用 boost::mpi::gather() 来接收数据。由于数据必须存储在某个地方,因此传递了一个 std::vector<std::string> 类型的对象。请注意,您必须将此类型与 boost::mpi::gather() 一起使用。不支持其他容器或字符串类型。

排名 0 的进程必须传递与排名 1 和 2 的进程相同的参数。这就是排名 0 的进程也传递 world、要发送的字符串和 0 到 boost::mpi::gather() 的原因。

如果您使用三个进程启动示例 47.9,您好,世界!和你好,月亮!被显示。如果仔细查看输出,您会注意到首先写入了一个空行。第一行是等级为 0 的进程传递给 boost::mpi::gather() 的空字符串。 v 中有三个字符串,它们是从等级为 0、1 和 2 的进程接收的。向量中元素的索引对应于进程的等级。如果多次运行该示例,您将始终得到一个空字符串作为向量中的第一个元素,“Hello, world!”作为第二个元素和“你好,月亮!”作为第三个。

请注意,您不得使用超过三个进程运行示例 47.9。例如,如果您使用 -n 4 启动 mpiexec,则不会显示任何数据。该程序将挂起,必须使用 CTRL+C 中止。

必须对所有进程执行集体操作。如果您的程序调用诸如 boost::mpi::gather() 之类的函数,您必须确保该函数在所有进程中都被调用。否则就违反了 MPI 标准。因为像 boost::mpi::gather() 这样的函数必须被所有进程调用,所以每个进程的调用通常没有不同,如示例 47.9 所示。将前面的示例与执行相同操作的示例 47.10 进行比较。

示例 47.10。使用 gather() 从所有进程收集数据

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <vector>
#include <string>
#include <iterator>
#include <algorithm>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 1)
    s = "Hello, world!";
  else if (world.rank() == 2)
    s = "Hello, moon!";
  std::vector<std::string> v;
  boost::mpi::gather(world, s, v, 0);
  std::ostream_iterator<std::string> out{std::cout, "\n"};
  std::copy(v.begin(), v.end(), out);
}

您为所有流程中的集体操作调用函数。通常函数的定义方式很清楚必须执行哪个操作,即使所有进程都传递相同的参数。

示例 47.10 使用 boost::mpi::gather() 来收集数据。数据在其等级作为最后一个参数传递给 boost::mpi::gather() 的过程中收集。此进程收集它从所有进程接收的数据。存储数据的向量仅供收集数据的进程使用。

boost::mpi::gather() 从所有进程收集数据。这包括收集数据的过程。在示例 47.10 中,这是等级为 0 的进程。该进程在 s 中向自身发送一个空字符串。空字符串存储在 v 中。正如您将在以下示例中看到的,集合操作始终包括所有进程。

您可以使用任意数量的进程运行示例 47.10,因为每个进程都会调用 boost::mpi::gather()。如果您使用三个进程运行该示例,结果将与前面的示例类似。

示例 47.11。在所有进程中使用 scatter() 分散数据

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::vector<std::string> v{"Hello, world!", "Hello, moon!",
    "Hello, sun!"};
  std::string s;
  boost::mpi::scatter(world, v, s, 0);
  std::cout << world.rank() << ": " << s << '\n';
}

Example47.11

示例 47.11 介绍了函数 boost::mpi::scatter()。它与 boost::mpi::gather() 相反。 boost::mpi::gather() 将来自多个进程的数据收集到一个进程中,而 boost::mpi::scatter() 将来自一个进程的数据分散到多个进程中。

示例 47.11 将来自排名为 0 的进程的 v 中的数据分散到所有进程,包括它自己。等级为 0 的进程接收到字符串“Hello, world!”在 s 中,排名为 1 的进程收到“你好,月亮!”在 s 中,等级为 2 的进程收到“Hello, sun!”秒。

示例 47.12。使用 broadcast() 向所有进程发送数据

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 0)
    s = "Hello, world!";
  boost::mpi::broadcast(world, s, 0);
  std::cout << s << '\n';
}

boost::mpi::broadcast() 将数据从一个进程发送到所有进程。此函数与 boost::mpi::scatter() 之间的区别在于将相同的数据发送到所有进程。在示例 47.12 中,所有进程都收到字符串“Hello, world!”在 s 中写下你好,世界!到标准输出流。

示例 47.13。使用 reduce() 收集和分析数据

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
std::string min(const std::string &lhs, const std::string &rhs)
{
  return lhs.size() < rhs.size() ? lhs : rhs;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 0)
    s = "Hello, world!";
  else if (world.rank() == 1)
    s = "Hello, moon!";
  else if (world.rank() == 2)
    s = "Hello, sun!";
  std::string result;
  boost::mpi::reduce(world, s, result, min, 0);
  if (world.rank() == 0)
    std::cout << result << '\n';
}

boost::mpi::reduce() 从多个进程收集数据,如 boost::mpi::gather()。但是,数据不存储在向量中。 boost::mpi::reduce() 需要一个函数或函数对象,它将用于分析数据。

如果您使用三个进程运行示例 47.13,则排名为 0 的进程会收到字符串“Hello, sun!”结果。对 boost::mpi::reduce() 的调用收集并分析所有进程传递给它的字符串。它们使用函数 min() 进行分析,该函数作为第四个参数传递给 boost::mpi::reduce()。 min() 比较两个字符串并返回较短的一个。

如果您使用三个以上的进程运行示例 47.13,则会显示一个空字符串,因为排名大于 2 的所有进程都会将一个空字符串传递给 boost::mpi::reduce()。将显示空字符串,因为它比“Hello, sun!”短

示例 47.14。使用 all_reduce() 收集和分析数据

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
std::string min(const std::string &lhs, const std::string &rhs)
{
  return lhs.size() < rhs.size() ? lhs : rhs;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 0)
    s = "Hello, world!";
  else if (world.rank() == 1)
    s = "Hello, moon!";
  else if (world.rank() == 2)
    s = "Hello, sun!";
  std::string result;
  boost::mpi::all_reduce(world, s, result, min);
  std::cout << world.rank() << ": " << result << '\n';
}

Example47.14

示例 47.14 使用函数 boost::mpi::all_reduce(),它像 boost::mpi::reduce() 一样收集和分析数据。这两个函数之间的区别在于 boost::mpi::all_reduce() 将分析结果发送到所有进程,而 boost::mpi::reduce() 使结果仅可用于排名作为传递的进程最后一个参数。因此,没有排名传递给 boost::mpi::all_reduce()。如果您使用三个进程运行示例 47.14,每个进程都会写入 Hello, sun!到标准输出流。

到此这篇关于C++集体数据交换实现示例讲解的文章就介绍到这了,更多相关C++集体数据交换内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们!

时间: 2022-11-17

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