Praktikum: Paralleles Programmieren für Geowissenschaftler
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- Inken Hartmann
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1 Praktikum: Paralleles Programmieren für Geowissenschaftler Prof. Thomas Ludwig, Hermann Lenhart & Enno Zickler Dr. HermannJ. Lenhart
2 MPI Einführung II: Kollektive Operationen Reduce Operation Scatter / Gather => gleichmäßige Matrixaufteilung ScatterV/ GatherV => nicht gleichmäßige Matrixaufteilung Halo Lines für Programmablauf SS 206 Praktikum Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler Dr. HermannJ. Lenhart hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de Seite 2
3 MPI Kollektive Operationen Neben PointtoPoint Kommunikation mittels Send & Recv verfügt MPI über umfangreiche Operationen zum kollektiven Bewegen von Daten. MPI_BROADCAST Eine Info an alle Prozesse versenden MPI_REDUCE aggregierende Operationen ( Summe; Prod) auf Matrix ausführen MPI_SCATTER Teilarrays an Prozesse übertragen MPI_GATHER Teilarrays zusammenführen SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 3 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
4 MPI Reduce I Um die Ergebnisse der einzelnen Prozesse zusammenzuführen gibt es eine Auswahl an Reduce Operationen, z.b: MPI_REDUCE(Operand, Result, Count, Datatype, Operation, Root, Comm, Ierror) Call MPI_REDUCE(temp, sum,, MPI_Real, MPI_SUM,0, MPI_COMM_World, Ierror) Über die Operation MPI_SUM werden alle Resultate der Größe temp von allen Prozessen aufaddiert und in der Variable sum abgelegt. SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 4 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
5 MPI Reduce I DKRZ MPI Einführungs Kurs SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 5 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
6 MPI Reduce III Operator SUM (William Gropp ANL, MPI Tutorial) SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 6 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
7 MPI Reduce IV Übersicht der möglichen MPI_Reduce Opertionen: MPI_SUM MPI_PROD Summe Produkt MPI_MAX /MPI_MIN MPI_MAXLOC Maximum/Minimum Maximum und Position des Maximums MPI_LAND / MPI_LOR Logical And / Logical Or SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 7 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
8 MPI Scatter I Eine Möglichkeit z.b. eine Anfangsbelegung auf die Teilarrays der Prozesse, zu übertragen bietet MPI_SCATTER: Syntax: MPI_Scatter(Sendbuffer, Sendcount, Sendtype, Recvbuffer, Recvcount, Recvtype, Root, Comm, Ierror) Call MPI_SCATTER(Send_Message, Send_Count, Send_Datatype, Recv_Message, Recv_Count, Recv_Datatype, 0, MPI_COMM_World, Ierror) SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 8 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
9 MPI Scatter II Die Daten werden von P0 an die anderen Prozesse P P3 gesendet. P0 P P2 Bereich in dem gerechnet wird. P3 SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 9 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
10 MPI Scatter: Beispiel array2d(8x8) => 4 Teile chunk2d(4x2) P P 6 P2 6 P3 6 SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 0 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
11 MPI Scatter: integer, dimension(8, 8) :: array2d! all the 2D data integer, dimension(8, 2) :: chunk2d! piece of 2D data each process works on! int MPI_Scatter(sendbuf, sendcount, sendtype, recvbuf, recvcount, recvtype, root, comm, ierr)! 6 = 8*2 = size(chunk) CALL MPI_SCATTER(array2D, 6, MPI_INTEGER, chunk2d, 6, MPI_INTEGER, & 0, MPI_COMM_WORLD, mpi_ierr) Abbildung von Matrix array2d auf 4 Teile chunk2d SS 205 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
12 MPI Gather I Eine Möglichkeit Teilarrays der Prozesse (z.b. für I/O Zwecke) wieder zusammenzuführen, bietet MPI_GATHER: Syntax: MPI_Gather(Send_Message, Send_Count, Send_Datatype, Recv_Message, Recv_Count, Recv_Datatype, Root, Comm, Ierror) Call MPI_GATHER (temp,, MPI_Real, temps,, MPI_Real, 0, MPI_COMM_World, Ierror) SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 2 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
13 MPI Gather II Call MPI_GATHER(temp,, MPI_Real, tempall,, MPI_Real, 0, MPI_COMM_World, Ierror) P0 P P2 P3 SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 3 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
14 MPI Gather III SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 4 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
15 MPI Gather III SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 5 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
16 MPI ScatterGather: In der Literatur MPI_Gatherv and MPI_Scatterv are the variablemessagesize versions of MPI_Gather and MPI_Scatter. MPI_Scatterv extends the functionality of MPI_Scatter to permit a varying count of data from each process. It does this by changing the count argument from a single integer to an integer array and providing a new argument displs (an array). (Quelle: SS Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 6 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
17 MPI Scatter > ScatterV Call MPI_SCATTER (Send_Message, Send_Count, Send_Datatype, Recv_Message, Recv_Count, Recv_Datatype, Root, Comm, Ierror) Call MPI_SCATTERV(Send_Mesage, Send_Count, Displacement, Send_Datatype, Recv_Mesage, Recv_Count, Recv_Datatype, Root, Comm, Ierror) Änderung: Send_count von Integer Zahl IntegerVektor Neu: DisplacementVektor SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 7 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
18 MPI ScatterV: Beispiel array2d(8x8) => 5 Teile chunk2d P SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 8 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de 8
19 MPI ScatterV: Beispiel array2d(8x8) => 5 Teile chunk2d P Die Matrix wir in 5 Teilen verschickt! sendcounts definiert die Größe der Datenpakete pro Prozess Sendcounts = (/6, 6, 6, 8, 8/) displacement = (/ 0, 6, 32, 48, 56/) SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 9 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
20 MPI ScatterV / GatherV Displacement: Beginnt mit Null und bezieht sich jeweils auf das letzte Element des vorherigen Abschnitts! SS 203 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 20 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
21 Beispiel: Die Matrix wir in Vektoren zerlegt. sendcounts = (/2, 0, 5, 8, 5, 2, 2, 2, 2, 2/) displacement = (/0, 2, 2, 7, 25, 30, 32, 34, 36, 38/) displacement den Versatz in der Matrix call MPI_SCATTERV(array, sendcounts, displacement, MPI_INTEGER, chunk, sendcounts(rank+), MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, ierr) SS 203 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 2 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
22 MPI Scatterv Beispiel A Zuweisung II Beispiel: Die Matrix wir in Vektoren zerlegt. sendcounts = (/2, 0, 5, 8, 5, 2, 2, 2, 2, 2/) displacement = (/0, 2, 2, 7, 25, 30, 32, 34, 36, 38/) displacement den Versatz in der Matrix call MPI_SCATTERV(array, sendcounts, displacement, MPI_INTEGER, chunk, sendcounts(rank+), MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, ierr) Die Datenpakete werden den einzelne Vektoren (chunk) pro Prozess zugewiesen Entsprechend der variablen Größe pro Prozess definiert durch sendcount(rank+) Rank 0 SS 203 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 22 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
23 MPI Scatterv Beispiel mit Lücke Aufteilung Matrix 0x4 auf einzelne Vektoren unterschiedlicher Länge mit Lücke in den Daten X 2 SS 203 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 23 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
24 Für 0 Prozesse: integer :: sendcount (0) Integer :: displacement (0) sendcounts = (/2, 8, 5, 8, 5, 2, 2, 2, 2, 2/) displacement = (/0, 2, 2, 7, 25, 30, 32, 34, 36, 38/) sendcounts wird an neue Datenstruktur angepasst, Position und 2 wird ausgelassen SS 203 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 24 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de displacement: hier ändert sich in diesem Beispiel nichts.
25 Parallele Bearbeitung einer Matrix I Überlappung der Teilmatrizen der einzelnen Prozesse Berechnung der Poisson Gl. auf Star Quelle: Gropp, Lusk & Skjellum Using MPI SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 25 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
26 Parallele Bearbeitung einer Matrix II Austausch der Randstreifen im Programmlauf SS 204 Praktikum Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler Dr. HermannJ. Lenhart Quelle: Gropp, Lusk & Skjellum Using MPI Seite
27 Danke das wars! SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 27 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler
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