mpi4py 中的全规约操作

上一篇中我们介绍了 mpi4py 中的全收集操作方法,下面我们将介绍全规约操作。

对组内通信子上的全规约操作,组内所有进程都作为根执行一次规约操作,操作完毕后所有进程接收缓冲区的数据均相同。这个操作等价于以某个进程作为根首先进行一次规约操作,然后执行一次广播操作,最后每个进程都得到相同的结果。

对组间通信子上的全规约操作,其关联的两个组 group A 和 group B 都要执行该方法调用,该操作使得 group A 中进程提供的规约结果将保存到 group B 的各进程中,反之亦然。

方法接口

mpi4py 中的全规约操作的方法(MPI.Comm 类的方法)接口为:

allreduce(self, sendobj, op=SUM)
Allreduce(self, sendbuf, recvbuf, Op op=SUM)

这些方法的参数与规约操作对应方法的参数类似,不同的是对全规约操作没有了 root 参数。

对组内通信子对象的 Allreduce,可以将其 sendbuf 参数设置成 MPI.IN_PLACE,此时各进程将从自己的接收缓冲区中提取数据,经过规约操作后,将结果替换接收缓冲区中原来的内容。

例程

下面给出全规约操作的使用例程。

# allreduce.py

"""
Demonstrates the usage of allreduce, Allreduce.

Run this with 4 processes like:
$ mpiexec -n 4 python allreduce.py
"""

import numpy as np
from mpi4py import MPI


comm = MPI.COMM_WORLD
rank = comm.Get_rank()

# ------------------------------------------------------------------------------
# reduce generic object from each process by using allreduce
if rank == 0:
    send_obj = 0.5
elif rank == 1:
    send_obj = 2.5
elif rank == 2:
    send_obj = 3.5
else:
    send_obj = 1.5

# reduce by SUM: 0.5 + 2.5 + 3.5 + 1.5 = 8.0
recv_obj = comm.allreduce(send_obj, op=MPI.SUM)
print 'allreduce by SUM: rank %d has %s' % (rank, recv_obj)
# reduce by MAX: max(0.5, 2.5, 3.5, 1.5) = 3.5
recv_obj = comm.allreduce(send_obj, op=MPI.MAX)
print 'allreduce by MAX: rank %d has %s' % (rank, recv_obj)


# ------------------------------------------------------------------------------
# reduce numpy arrays from each process by using Allreduce
send_buf = np.array([0, 1], dtype='i') + 2 * rank
recv_buf = np.empty(2, dtype='i')

# Reduce by SUM: [0, 1] + [2, 3] + [4, 5] + [6, 7] = [12, 16]
comm.Allreduce(send_buf, recv_buf, op=MPI.SUM)
print 'Allreduce by SUM: rank %d has %s' % (rank, recv_buf)


# ------------------------------------------------------------------------------
# reduce numpy arrays from each process by using Allreduce with MPI.IN_PLACE
recv_buf = np.array([0, 1], dtype='i') + 2 * rank

# Reduce by SUM with MPI.IN_PLACE: [0, 1] + [2, 3] + [5, 6] + [6, 7] = [12, 16]
# recv_buf used as both send buffer and receive buffer
comm.Allreduce(MPI.IN_PLACE, recv_buf, op=MPI.SUM)
print 'Allreduce by SUM with MPI.IN_PLACE: rank %d has %s' % (rank, recv_buf)

运行结果如下:

$ mpiexec -n 4 python allreduce.py
allreduce by SUM: rank 2 has 8.0
allreduce by SUM: rank 0 has 8.0
allreduce by SUM: rank 1 has 8.0
allreduce by SUM: rank 3 has 8.0
allreduce by MAX: rank 3 has 3.5
allreduce by MAX: rank 2 has 3.5
allreduce by MAX: rank 0 has 3.5
Allreduce by SUM: rank 0 has [12 16]
allreduce by MAX: rank 1 has 3.5
Allreduce by SUM: rank 1 has [12 16]
Allreduce by SUM with MPI.IN_PLACE: rank 0 has [12 16]
Allreduce by SUM: rank 3 has [12 16]
Allreduce by SUM with MPI.IN_PLACE: rank 3 has [12 16]
Allreduce by SUM: rank 2 has [12 16]
Allreduce by SUM with MPI.IN_PLACE: rank 2 has [12 16]
Allreduce by SUM with MPI.IN_PLACE: rank 1 has [12 16]

以上我们介绍了 mpi4py 中的全规约操作方法,在下一篇中我们将介绍规约发散操作。

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