高性能计算实验

课程名称：高性能计算

学院计算机学院

专业班级软件3班

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2015 年12 月18 日

《高性能计算》实验课

（一）W indows系统下搭建MPI(并行计算)环境

MPI的全称是Message Passing Interface即标准消息传递界面，可以用于并行计算。MPI的具体实现一般采用MPICH。

（1）安装MPI的SDK——MPICH2

mpich2-1.4.1p1-win-ia32安装程序的下载地址：

https://www.360docs.net/doc/a77423765.html,/research/projects/mpich2/downloads/tarb alls/1.4.1p1/mpich2-1.4.1p1-win-ia32.msi

本实验以设置安装在C:\Program Files\MPICH2目录下为例。下载完成后，点击MPICH2安装程序进行安装。

安装完成后需要测试所安装的MPICH2，测试前首先需要注册一

个用户，具体操作：“开始”按钮——》所有程序——》MPICH2——》wmpiregister.exe。输入用户名、密码。注意：该用户名必须为有效的操作系统管理员账户，密码对应为系统登录密码。如图所示：

配置环境变量，打开系统—》高级系统设置—》高级—》环境变量—》系统变量—》点击PATH—》编辑—》在最后面加上C:\Program Files \MPICH2\bin—》点击确定完成。

接下来选择开始——》所有程序——》MPICH2——》wmpiexec.exe；选择Application为C:\Program files\MPICH2\examples\cpi.exe(MPI里面自带的一个计算圆周率的例子程序，可以用来进行测试)。在Number of processes的数量选择2表示用二个进程来协同完成。选中“run in separate window”选项，点击Excute。然后在控制台窗口提示输入number of intervals，随便输入个大点的数字（50000,5000000）就可以看到求的圆周率值，结果如图所示：

注意：在Show Command中的字符串，可以在控制台下（cmd）输入该字符串得到一样的结果（同学们可以测试一下）。

（二）在VC6.0中添加MPICH2

（1）在VC6中添加MPICH2

首先在VC6.0中加入MPI的include和lib。点击VC6.0程序菜单中“Tools”—》“Optains”—》“Directories”然后添加，如图所示：

（2）在VC6.0上运行第一个MPI程序

新建Win32 Console Application工程，加入如下代码：

#define MPICH_SKIP_MPICXX

#include

#include

#include

#include

#pragma comment (lib,"mpi.lib")

int main (int argc, char* argv[])

{

int myid, numprocs;

int namelen;

char processor_name[MPI_MAX_PROCESSOR_NAME];

MPI_Init(&argc, &argv);

//用MPI_Comm_rank获得进程的rank，该rank值为0到p-1间的整数，相当于进程的ID

MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &myid);

//用MPI_Comm_size获得进程个数

MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&numprocs);

MPI_Get_processor_name(processor_name,&namelen);

printf("Hello World! By MoreWindows\nPorcess %d of %d on %s\n", myid, numprocs, processor_name);

MPI_Finalize();

if (myid==1)

{

printf("\nPress a key and exit. \n");

getch();

}

return 0;

}

（三）多台电脑上协同运行MPI

只有多台电脑集群后才能更好的发挥并行计算的威力，由于MPI 的帮助，这个工作将变得异常简单，下面以二台PC机协同运行计算圆周率cpi.exe为例进行说明。

（1）多台电脑运行MPI的条件

参加并行计算的机器必须注册一个相同的账户，如两台PC机上都应该注册一个MPI账号。

创建JOB目录。每台机器上需要有一个路径相同的目录，用于存放待执行的JOB（即exe程序），如创建的目录是d:\MPI\，再将测试用的可执行文件复制到二台PC机的该目录下。

（2）联机执行命令解释

在控制台输入联机执行命令：“C:\Program Files\MPICH2\bin\mpiexec.exe”-host n Node_1 Node_2 …Node_n -noprompt ExePath

“-hosts”表示要联机运行，n表示有n台机器参加运算，Node_1(及Node_2…)为各机器的计算机名或IP。ExePath为exe的文件路径如d:\MPI\cpi.exe

（四）实现矩阵乘法运算（简单的并行运算）

/*

矩阵并行计算

C=A*B --- C(i,j)等于A的第i行乘以第j列

*/

#include

#include

#include

#include

#include

/*

生成n*n矩阵

*/

void GenerateMatrix(float *m, int n);

void PrintMatrix(float *p, int n);

void GeneralMul(float *A, float *B, float *C, int n);

void ClearMatrix(float *m, int n);

/*

矩阵并行计算

*/

void ParallelCacul(float *A, float *B, float *C, int n, int thread_num); /*

两个矩阵的误差

*/

float diff(float *C1, float *C0, int n);

struct ARG {

float *A;

float *B;

float *C;

int cx, cy; //第一个元素的坐标

int m; //当前线程要计算的C的元素个数

int n;

};

int main(int argc, char **argv)

{

if (argc != 3)

{

printf("Usage: %s N thread_num\n", argv[0]);

return 0;

}

int n=atoi(argv[1]);

int thread_num = atoi(argv[2]);

float *A = new float[n*n];

float *B = new float[n*n];

float *C = new float[n*n];

float *C0 = new float[n*n];

GenerateMatrix(A, n);

GenerateMatrix(B, n);

clock_t start;

float time_used;

ClearMatrix(C0, n);

start=clock();

GeneralMul(A, B, C0, n);

time_used = static_cast(clock() - start)/CLOCKS_PER_SEC*1000;

printf("General: time = %f\n", time_used);

ClearMatrix(C, n);

start=clock();

ParallelCacul(A, B, C, n, thread_num);

time_used = static_cast(clock() - start)/CLOCKS_PER_SEC*1000;

printf("Block: time = %f\n", time_used);

printf("Difference of two result: %f\n", diff(C0, C, n));

delete [] A;

delete [] B;

delete [] C;

delete [] C0;

return 0;

}

void ClearMatrix(float *m, int n)

{

for (int i=0; i

{

for (int j=0; j

m[i*n+j]=0.0;

}

}

/*

普通矩阵相乘

*/

void GeneralMul(float *A, float *B, float *C, int n) {

for (int i=0; i

{

for (int j=0; j

{

float *p = C+i*n+j;

for (int k=0; k

{

*p += A[i*n+k]*B[k*n+j];

}

}

}

}

DWORD WINAPI Mul_Fun(LPVOID arg)

{

struct ARG *p = (struct ARG *)arg;

float *A = p->A;

float *B = p->B;

float *C = p->C;

int m = p->m;

int n = p->n;

for (int i=p->cx; i

{

int j;

if (i==p->cx)

j = p->cy;

else

j=0;

for (; j

{

float *t = C+i*n+j;

for (int k=0; k

{

*t += A[i*n+k]*B[k*n+j];

}

m--;

if (m == 0)

return 0;

}

}

return 0;

}

void ParallelCacul(float *A, float *B, float *C, int n, int thread_num) {

int m = n*n/thread_num; //每个线程需要计算的元素个数，不考虑不能整除的情况

struct ARG *args = new struct ARG[thread_num];

HANDLE *h = new HANDLE[thread_num];

int i;

for (i = 0; i

{

args[i].A = A;

args[i].B = B;

args[i].C = C;

args[i].n = n;

args[i].m = m;

}

for (i=0; i

args[i].cx = i*m/n;

args[i].cy = i*m%n;

h[i] = CreateThread(NULL, 0, Mul_Fun, (LPVOID)(&args[i]), 0, 0 );

}

for (i=0; i

{

WaitForMultipleObjects(thread_num,

&h[i],TRUE,INFINITE);

}

}

void GenerateMatrix(float *p, int n)

{

srand(time(NULL)+rand());

for (int i=0; i

{

*p = static_cast(rand())/ (static_cast(rand())+ static_cast(0.55));

p++;

}

float diff(float *C1, float *C0, int n) {

float rst=0.0;

float t;

for (int i=0; i

{

for (int j=0; j

{

t = C1[i*n+j]-C0[i*n+j];

if (t<0)

t = -t;

rst += t;

}

}

return rst;

}

void PrintMatrix(float *p, int n)

{

for (int i=0; i

{

for (int j=0; j

{

printf("%.2f\t", p[i*n+j]);

}

printf("\n");

}

printf("\n");

}

输入数据：

（五）实现矩阵乘法运算（Cannon算法）#define MPICH_SKIP_MPICXX

#include

#include

#include

#include