2022年Cannon矩阵乘法的MPI实现及性能分析 .pdf

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1、#include #include #include #include #include #include MPI_Status status; double *A, *B, *C; /C=A*B double *a,*b,*c; / 各个进程的缓冲区int n; / 矩阵的行列数int np; / 每个进程控制的小矩阵的行列数int p,rank; / 进程个个数、当前进程的编号,笛卡尔进程编号double *tempa, *tempb; void ProduceABC(); / 在根处理器中生成矩阵AB,初始化矩阵C void PrintABC();/ 输出结果void ScatterAB

2、();/ 分发矩阵AB 中的元素到各个进程中void MainProcess(); /cannon 算法的主过程void collectC(); / 收集结果矩阵C void Mutiply(); /矩阵相乘void Printab(); void Printc(); int main(int argc, char *argv) int i; double starttime,endtime; MPI_Init(&argc, &argv); MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &p); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank); if(r

3、ank = 0) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - printf( 请输入矩阵的行列数n= ); fflush(stdout); scanf_s(%d, &n); printf(n); MPI_Bcast(&n, 1, MPI_DOUBLE, 0, MPI_COMM_WORLD); / n = atoi(argv1); np = n/(int)sqrt(p); a = (double*)malloc(np*np*s

4、izeof(double); b = (double*)malloc(np*np*sizeof(double); c = (double*)malloc(np*np*sizeof(double); memset(c, 0, np*np*sizeof(double); tempa = (double*)malloc(np*np*sizeof(double); tempb = (double*)malloc(np*np*sizeof(double); if(rank = 0) /在根处理器中为矩阵ABC 分配空间A = (double*)malloc(n*sizeof(double*); B =

5、(double*)malloc(n*sizeof(double*); C = (double*)malloc(n*sizeof(double*); for(i = 0; i n; i+) Ai = (double*)malloc(n*sizeof(double); Bi = (double*)malloc(n*sizeof(double); Ci = (double*)malloc(n*sizeof(double); ProduceABC(); / 在根处理器中随机生成矩阵AB ，初始化矩阵C ScatterAB();/ 分发矩阵AB 中的元素到各个进程中 名师资料总结 - - -精品资料欢迎

6、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - else MPI_Recv(a, np*np, MPI_DOUBLE, 0, 1, MPI_COMM_WORLD, &status); MPI_Recv(b, np*np, MPI_DOUBLE, 0, 2, MPI_COMM_WORLD, &status); starttime=MPI_Wtime(); /开始时间MainProcess(); /cannon 算法的主过程if(rank = 0) collectC(

7、); / 收集结果矩阵C PrintABC(); / 输出结果endtime=MPI_Wtime(); printf(time used: %lfn,endtime - starttime); for(i = 0; i n; i+) free(Ai); free(Bi); free(Ci); free(A); free(B); free(C); else MPI_Send(c, np*np, MPI_DOUBLE, 0, 1, MPI_COMM_WORLD); free(a); free(b); free(c); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -

8、 - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - free(tempa); free(tempb); MPI_Finalize(); return 0; void ProduceABC()/ 在根处理器中生成矩阵AB int i,j; for(i=0; in; i+) for(j=0; jn; j+) Aij=1.0; Bij=1.0; Cij=0.0; void PrintABC()/ 输出结果 printf(A00=%fnB00=%fnC00=%fn,A00,B00,C00); void ScatterA

9、B()/ 分发矩阵AB 中的元素到各个进程中 int imin,imax,jmin,jmax; int sp; int i,j,k,m; for(k=0; kp; k+) /*计算相应处理器所分得的矩阵块在总矩阵中的坐标范围*/ sp = (int)sqrt(p); imin = (k / sp) * np; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - imax = imin + np - 1; jmin = (k % sp

10、) * np; jmax = jmin + np -1; /*rank=0 的处理器将A,B 中的相应块拷至tempa,tempb，准备向其他处理器发送*/ m = 0; for(i=imin; i=imax; i+) for(j=jmin; j=jmax; j+) tempam = Aij; tempbm = Bji; /矩阵 B 按列优先存储m+; /*根处理器将自己对应的矩阵块从tempa,tempb 拷至 a,b*/ if(k=0) memcpy(a, tempa, np*np*sizeof(double); memcpy(b, tempb, np*np*sizeof(double);

11、 else /*根处理器向其他处理器发送tempa,tempb 中相关的矩阵块*/ MPI_Send(tempa, np*np, MPI_DOUBLE, k, 1, MPI_COMM_WORLD); MPI_Send(tempb, np*np, MPI_DOUBLE, k, 2, MPI_COMM_WORLD); void MainProcess() /cannon 算法的主过程 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - -

12、MPI_Comm comm; / 笛卡尔结构通讯器int crank; int dims2,periods2, coords2; int source, dest, up, down, right, left; int i; dims0 = dims1 = (int)sqrt(p); periods0 = periods1 = 1; MPI_Cart_create(MPI_COMM_WORLD, 2, dims, periods, 1, &comm); MPI_Comm_rank(comm, &crank); MPI_Cart_coords(comm, crank, 2, coords); M

13、PI_Cart_shift(comm, 1, -1, &right, &left); MPI_Cart_shift(comm, 0, -1, &down, &up); MPI_Cart_shift(comm, 1, -coords0, &source, &dest); MPI_Sendrecv_replace(a, np*np, MPI_DOUBLE, dest, 1, source, 1, comm, &status); MPI_Cart_shift(comm, 0, -coords1, &source, &dest); MPI_Sendrecv_replace(b, np*np, MPI_

14、DOUBLE, dest, 1, source, 1, comm, &status); Mutiply(); / 矩阵相乘for(i = 1; i dims0; i+) MPI_Sendrecv_replace(a, np*np, MPI_DOUBLE, left, 1, right, 1, comm, &status); MPI_Sendrecv_replace(b, np*np, MPI_DOUBLE, up, 1, down, 1, comm, &status); Mutiply(); / 矩阵相乘 MPI_Comm_free(&comm); void collectC() / 收集结果

15、矩阵C int i,j,k,s,m; int imin,imax,jmin,jmax; int sp= (int)sqrt(p); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - /* 根处理器中的c 赋给总矩阵C */ for (i=0;inp;i+) for(j=0;jnp;j+) Cij=ci*np+j; for (k=1;kp;k+) /*根处理器从其他处理器接收相应的分块c*/ MPI_Recv(c, np*np, M

16、PI_DOUBLE, k, 1, MPI_COMM_WORLD, &status); /printf(rank = %dn, k);Printc(); imin = (k / sp) * np; imax = imin + np - 1; jmin = (k % sp) * np; jmax = jmin + np -1; /*将接收到的c 拷至 C 中的相应位置,从而构造出C*/ for(i=imin,m=0; i=imax; i+,m+) for(j=jmin,s=0; j=jmax; j+,s+) Cij=cm*np+s; void Mutiply() / 矩阵相乘 int i,j,k;

17、 for(i=0; inp; i+) for(j=0; jnp; j+) for(k=0; knp; k+) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - ci*np+j += ai*np+k*bj*np+k; /b 按列优先来搞 注意：1.以.c 来编译2.realease需单独配环境，并以realease跑比较快3.64 位的 mpich2 要以 x64 平台编译，否则通不过4.mpiexec 中一定要勾选以单独窗口运行，否则跑不动5.矩阵乘法，第二个矩阵按列优先存储性能提升数倍。若以二维存储，先转置再乘，同样的效果。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -