我的并行计算之路（二）MPI点对点通信MPI_Send和MPI

学习了MPI的点对点技术后，来博客记录一下。先上完整地代码：

#include<bits/stdc++.h>
#include<mpi.h>using namespace std;
int comm_sz=0;
int my_rank=0;
int arra[]={1,2,3,4,5},arrb[]={10,9,8,7,6},arrc[]={0,0,0,0,0};//获取输入，0进程从键盘读取，非0进程从0进程获取
bool get_input(double &a,double &b,int n)
{if(my_rank==0){  //用户输入cout<<" enter a,b,n"<<endl;cin>>a>>b>>n;}else{    //从进程0获取MPI_Recv(&a,1,MPI_DOUBLE,0,0,MPI_COMM_WORLD,MPI_STATUS_IGNORE);MPI_Recv(&b,1,MPI_DOUBLE,0,0,MPI_COMM_WORLD,MPI_STATUS_IGNORE);MPI_Recv(&n,1,MPI_INT,0,0,MPI_COMM_WORLD,MPI_STATUS_IGNORE);}return true;
}//加和数组a和数组b的对应项
int count_sum(int beg,int en)
{int sum=0;for(int i=beg;i<en;i++){sum += arra[i]+arrb[i];}return sum;
}int main(void)
{int local_sum=0,total_sum=0; //local_sum为本进程使用，total_sum为计算风格进程的合使用MPI_Init(NULL,NULL);MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&my_rank);MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&comm_sz);//get_input(a,b,n);  //测试时用的int n = sizeof(arra)/sizeof(int);int jiange=n/(comm_sz-1);if(my_rank==0){    //进程0收集各个进程的结果，然后加和cout<<"n: "<<n<<endl;for(int source=1;source<comm_sz;source++){MPI_Recv(&local_sum,1,MPI_INT,source,0,MPI_COMM_WORLD,MPI_STATUS_IGNORE);total_sum += local_sum;}cout<<"total_sum: "<<total_sum<<endl;}else if(my_rank==(comm_sz-1)){    //最后一个进程用来处理剩下的数据int rest=n-jiange*(comm_sz-2);int sum=count_sum(n-rest,n);MPI_Send(&sum,1,MPI_INT,0,0,MPI_COMM_WORLD);}else{ //非0，非最后进程来计算jiange内的数据和int sum=count_sum(jiange*(my_rank-1),jiange*my_rank);MPI_Send(&sum,1,MPI_INT,0,0,MPI_COMM_WORLD);}MPI_Finalize();return 0;
}

首先是几个函数接口：
　　MPI系统初始化函数MPI_Init( )。原型如下：

int MPI_Init(int * argc_p,   /* IN */char*** argv_p  /* OUT */);

参数**argc_p,*argv_p是指向argc,argv的指针，可以只设置成NULL*。返回值为错误码。初始化函数对系统进行了必要的初始化设置，例如，系统可能要为消息缓冲区分配存储空间，为进程指定进程号等。在程序调用MPI_Init( )前，不应该调用其他的MPI函数。
　　MPI使用完毕后，调用MPI_Finalize( )函数，将分配的资源释放，函数原型：

int MPI_Finalize(void);

在调用MPI_Finalize( )函数后，就不要再调用MPI的函数了。下面介绍MPI_Comm_size()函数和MPI_Comm_size()函数。函数原型为：

int MPI_Comm_size(MPI_Comm comm,  /* IN */int* com_sz_p   /* OUT */);int MPI_Comm_rank(MPI_Comm comm,int* my_rank_p)

MPI_Comm_size()函数用来得到创建的进程数量，MPI_Comm_rank()函数用来得到当前进程编号。接下来就是点对点通信的重点MPI_Send()和MPI_Recv()函数。函数原型：

int MPI_Send(void* msg_buf_p,        /* IN */int msg_size,           /* IN */MPI_Datatype msg_type,  /* IN */int dest,               /* IN */int tag,                /* IN */MPI_Comm communicator   /* IN */);

MPI_Send()函数中msg_buf_p、msg_size 和 msg_type定义了消息的内容，dest、tag 和 communicator定义了消息的目的地。

int MPI_Recv(void* msg_buf_p,        /* OUT */int buf_size,          /* IN */MPI_Datatype buf_type,  /* IN */int source,             /* IN */int tag,                /* IN */MPI_Comm communicator,  /* IN */MPI_Status* status_p    /* OUT */);

MPI_Recv()函数中，msg_buf_p指向内存块，buf_size指定了内存中要存储对象的数量，buf_type说明了对象的类型。后面的三个参数用来识别参数，source用来指定接收从哪个进程发来的消息，tag需要与发送消息的参数tag相匹配，communicator需要与发送进程的通信子匹配。status_p一般不使用这个参数，赋予特殊的常量MPI_STATUS_IGNORE就好。
　　用qqq号进程调用

MPI_Send(send_buf_p,send_buf_sz,send_type,dest,send_tag,send_comm)

发送的消息能被rrr号进程调用

MPI_Recv(recv_buf_p,recv_buf_sz,recv_type,src,recv_tag,recv_comm)

函数接收到，需要满足：

send_comm==recv_comm
send_tag==recv_tag
dest==r && c==q

若要成功接收，还需要保证recv_buf_sz⩾\geqslant⩾send_buf_sz
　　接下来，讲一下程序的思路。每个进程被创建后，获取自己的进程号my_rank和进程总数comm_sz，然后计算非0进程需要计算的平均个数jiange。
　　非0号进程根据jiange和my_rank找到自己计算的区间，然后计算每一位对应的数组a和数组b的和，最后将结果用MPI_Send()函数发送给0号进程。
　　0号进程通过MPI_Recv()函数接收其他各个进程的结果，将各个结果加起来，计算一个总和。
　　其中，比较特殊的是最后一个非0进程，因为会存在计算量不能被进程平均分的情况，例如5个计算量，被2个非0进程分配。所以，最后一个进程就用来将剩下没有被分配到的计算量给计算了。
　　
参考文献

[1] (美)Pacheco.An Introduction to Parallel Programming[M].邓倩妮等译.北京：机械工业出版社，2012.8

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