c - C 中的 MPI_Scatter 结构

Question

是否有一种干净的方法来使用 MPI_Scatter 来分散不涉及打包或解包的结构？

假设我有一个这样的结构:

struct Foo
{
   int a;
   int* b;
   int* c;
}

其中 a 和 b 是整数“数组”，可以按如下方式实例化:

 struct Foo f1;
 f1.a = 0;
 f1.b = malloc(sizeof(int) * 10));
 f1.c = malloc(sizeof(int) * 15));

我有一个 Foo 实例数组，其中每个实例都有不同大小的 b 和 c。

我可以为每个实例定义新的 MPI 类型并使用 MPI_Send 发送它们，但显然，这不是很聪明。

所以我的问题是，MPI 对此有内置支持吗？

Answer 1

不幸的是，没有简单的方法通过 MPI 传输数据，尽管显然有不那么简单的方法。

这里问题的核心是您要传输的数据，即包含数据和指向其他数据的指针的结构，不是自包含的:结构内的指针仅引用您要传输的数据的一部分，他们不包含它。因此，仅使用 MPI_Type_create_struct() 创建 MPI 结构化类型将不允许您传输结构逻辑上包含的所有数据，只能传输它实际 包含。

但是，您仍然可以在一些 MPI 通信中实现这一技巧，为了方便起见，您可以将其包装在函数中。但要使其可行，您必须确保以下几点:

1. 尽量避免到处malloc您的数据。 malloc 越少越好。相反，您可以尝试(如果在代码上下文中可能的话)分配与所有 b 和/或 c 字段相对应的一个大型数据数组你的struct Foo，并让指针b指向它在这个大数组中的份额。从 MPI 通信的角度来看，这会更简单，而且代码的性能也会更好。
2. 创建一个空心 MPI 结构化类型，该类型将仅包含该结构所包含的非动态数据，例如您的情况中的 a。
3. 然后分两个阶段传输数据:首先是结构，然后是包含结构的各个动态字段的各种大型数组。
4. 最后，在接收端，调整(如果需要)指针以指向新接收的数据。

以下是其工作原理的完整示例:

#include <mpi.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct Foo {
    int a;
    int *b;
    int *c;
} Foo;

int main( int argc, char *argv[] ) {
    MPI_Init( &argc, &argv );
    int rank, size;
    MPI_Comm_rank( MPI_COMM_WORLD, &rank );
    MPI_Comm_size( MPI_COMM_WORLD, &size );

    int len = 3;
    Foo *array = malloc( len * sizeof( Foo ) );
    // let's assume for simplicity that each process already knows the sizes of the individual arrays (it would need to be transmitted otherwise)
    int lenB[] = { 1, 2, 3 };
    int lenC[] = { 5, 6, 7 };
    // now we create the data for the arrays
    int lenAllBs = 0, lenAllCs = 0;
    for ( int i = 0; i < len; i++ ) {
        lenAllBs += lenB[i];
        lenAllCs += lenC[i];
    }
    int *BandC = malloc( ( lenAllBs + lenAllCs ) * sizeof( int ) );
    // And we adjust the pointers
    array[0].b = BandC;
    array[0].c = BandC + lenAllBs;
    for ( int i = 1; i < len; i++ ) {
        array[i].b = array[i-1].b + lenB[i];
        array[i].c = array[i-1].c + lenC[i];
    }

    // Now we create the MPI structured type for Foo. Here a resized will suffice
    MPI_Datatype mpiFoo;
    MPI_Type_create_resized( MPI_INT, 0, sizeof( Foo ), &mpiFoo );
    MPI_Type_commit( &mpiFoo );

    // Ok, the preparation phase was long, but here comes the actual transfer
    if ( rank == 0 ) {
        // Only rank 0 has some meaningful data
        for ( int i = 0; i < len; i++ ) {
            array[i].a = i;
            for ( int j = 0; j < lenB[i]; j++ ) {
                array[i].b[j] = 10 * i + j;
            }
            for ( int j = 0; j < lenC[i]; j++ ) {
                array[i].c[j] = 100 * i + j;
            }
        }
        // Sending it to rank size-1
        // First the structure shells
        MPI_Send( array, len, mpiFoo, size - 1, 0, MPI_COMM_WORLD );
        // Then the pointed data
        MPI_Send( BandC, lenAllBs + lenAllCs, MPI_INT, size - 1, 0, MPI_COMM_WORLD );
    }
    if ( rank == size - 1 ) {
        // Receiving from 0
        // First the structure shells
        MPI_Recv( array, len, mpiFoo, 0, 0, MPI_COMM_WORLD, MPI_STATUS_IGNORE );
        // Then the actual data
        MPI_Recv( BandC, lenAllBs + lenAllCs, MPI_INT, 0, 0, MPI_COMM_WORLD, MPI_STATUS_IGNORE );
        // And printing some
        printf( "array[1].a = %d, array[2].b[1] = %d, array[0].c[4]=%d\n", array[1].a, array[2].b[1], array[0].c[4] );
    }

    MPI_Type_free( &mpiFoo );
    free( BandC );
    free( array );

    MPI_Finalize();
    return 0;
}

用mpicc -std=c99 dyn_struct.c -o dyn_struct编译，它给了我:

$ mpirun -n 2 ./dyn_struct
array[1].a = 1, array[2].b[1] = 21, array[0].c[4]=4

正如您所看到的，一旦结构正确创建，它是可行的，并且不会太复杂。如果在传输之前不知道每个成员数据的单独大小，则必须在传输实际数据之前传输它，并且必须在接收之前相应地设置接收缓冲区和结构。