Praktikum: Paralleles Programmieren für Geowissenschaftler
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- Herbert Brodbeck
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1 Praktikum: Paralleles Programmieren für Geowissenschaftler Prof. Thomas Ludwig, Hermann Lenhart, Tim Jammer & Jannek Squar Dr. HermannJ. Lenhart
2 MPI Einführung II: Kollektive Operationen Scatter / Gather => gleichmäßige Matrixaufteilung ScatterV / GatherV => ungleichmäßige Matrixaufteilung > Vorbereitung für Poisson Parallelisierung SS 208 Praktikum Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler Dr. HermannJ. Lenhart hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de Seite
3 MPI Scatter: MPI Scatter: 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, Source, Comm, Ierror) Call MPI_SCATTER(Send_Message, Send_Count, Send_Datatype, Recv_Message, Recv_Count, Recv_Datatype, 0, MPI_COMM_World, Ierror)! Ausgangsmatrix! Teilmatrix vert. SS 208 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 3 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
4 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 208 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 4 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
5 MPI Scatter: Beispiel array2d(8x8) => 4 Teile chunk2d(8x2) P P 6 P2 6 P3 6 SS 208 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 5 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
6 MPI Scatter: integer, dimension(8, 8) :: array2d! all2 2D Daten integer, dimension(8, 2) :: chunk2d! Teile der 2D Daten für jeden einzelne Prozess (4 Stück)! 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 6 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
7 MPI Scatter: integer, dimension(8, 8) :: array2d! all2 2D Daten integer, dimension(8, 2) :: chunk2d! Teile der 2D Daten für jeden einzelne Prozess (4 Stück)! 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 Die Anzahl der beteiligten Prozesse wird intern angenommen; aber nicht explizit ausgewiesen, d.h. die Zuordnung der Matrix Indizes muss intern abgestimmt werden! SS 205 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 7 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
8 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, Target, Comm, Ierror) Call MPI_GATHER (temp,, MPI_Real, tempall,, MPI_Real, 0, MPI_COMM_World, Ierror) SS 208 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 8 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
9 MPI Gather II Call MPI_GATHER(temp,, MPI_Real, tempall,, MPI_Real, 0, MPI_COMM_World, Ierror) P0 P P2 P3 SS 208 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 9 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
10 MPI Gather III SS 208 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 0 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
11 MPI Gather III SS 208 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler
12 MPI ScatterVGatherV: In der Informatik 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). SS 203 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 2 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de (Quelle:
13 MPI Scatterv: MPI ScatterV: Beispiel array2d(8x8) => 5 Teile chunk2d P Beispiel aus den Geowissenschaften: SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart 8 Seite 3 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de Ungerade Aufteilung einer Modellmatrix 6 8
14 MPI Scatter > ScatterV Call MPI_SCATTER (Send_Message, Send_Count, Send_Datatype, Recv_Message, Recv_Count, Recv_Datatype, Source, Comm, Ierror) Call MPI_SCATTERV(Send_Mesage, Send_Count, Displacement, Send_Datatype, Recv_Mesage, Recv_Count, Recv_Datatype, Source, Comm, Ierror) Änderung: Send_count von Integer Zahl IntegerVektor Neu: DisplacementVektor SS 208 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 4 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
15 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/) Displacement: SS 206 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart 8 Seite 5 Beginnt Paralleles mit Null Progrm. und bezieht für Geowisssenschaftler sich jeweils auf das hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de letzte Element des vorherigen Abschnitts!
16 MPI ScatterV / GatherV SS 203 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 6 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
17 MPI ScatterV / GatherV Bei GATHERV werden die Teilstücke entsprechend dem Rank zurückgeschickt! SS 203 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 7 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
18 Beispiel: Die Matrix wir in Vektoren zerlegt. Für 0 Prozesse: displacement def. Versatz in der Matrix sendcounts = (/2, 0, 5, 8, 5, 2, 2, 2, 2, 2/) displacement = (/0, 2, 2, 7, 25, 30, 32, 34, 36, 38/) 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 8 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
19 MPI Scatterv Beispiel A Zuweisung II Beispiel: Die Matrix wir in Vektoren zerlegt. Für 0 Prozesse: displacement def. Versatz in der Matrix sendcounts = (/2, 0, 5, 8, 5, 2, 2, 2, 2, 2/) displacement = (/0, 2, 2, 7, 25, 30, 32, 34, 36, 38/) 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 9 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
20 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 20 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
21 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 2 displacement: Paralleles Progrm. hier ändert für Geowisssenschaftler sich in diesem Beispiel hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de nichts
22 MPI ScatterV / GatherV Matrix 20 x 20 Beispiel mit Teilmatrizen # Zeilen , 2, 3, A B C D A B C D sendcount = (/20, 80, 60, 40/) displacement=(/ 0, 20, 200, 260/) SS 203 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 22 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
23 MPI ScatterV / GatherV program scatterv use mpi integer, dimension(20, 20) :: array2d! all the 2D data integer, dimension(20,?) :: chunk2d! Max (!) piece of 2D data each process works on integer :: mpi_ierr, mpi_rank, mpi_size, sendcnt(4), displ(4) sendcnt = (/20,80,60,40/) displ=(/0,20,200,260/) CALL MPI_INIT(mpi_ierr) CALL MPI_SCATTERV(array2D, sendcnt, displ, MPI_INTEGER, & chunk2d, sendcnt(mpi_rank+), MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, mpi_ierr) CALL computation(chunk2d,sendcnt(mpi_rank+))! where the magic happens CALL MPI_GATHERV(chunk2D, sendcnt(mpi_rank+), & MPI_INTEGER, array2d, sendcnt, displ, MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, mpi_ierr) CALL MPI_FINALIZE(mpi_ierr) end SS program 203 Praktikum scatterv Dr. HermannJ. Lenhart Seite 23 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
24 Parallele Bearbeitung einer Matrix I Überlappung der Teilmatrizen der einzelnen Prozesse Berechnung der Poisson Gl. auf Star Quelle: Gropp, Lusk & Skjellum Using MPI SS 208 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 24 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler hermann.lenhart@informatik.unihamburg.de
25 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
26 Danke das wars! SS 207 Praktikum Dr. HermannJ. Lenhart Seite 26 Paralleles Progrm. für Geowisssenschaftler
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