MPI矩阵乘法的性能分析

程序稍作修改,如下:

#include<iostream>using namespace std;

#include<mpi.h>int main(int argc, char * argv[] ){    double start, stop;    int *a, *b, *c, *buffer, *ans;    int size = 1000;    int rank, numprocs, line;

    MPI_Init(NULL,NULL);

    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);

    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &numprocs);

    line = size/numprocs;

    b = new int [ size * size ];

    ans = new int [ size * line ];

    start = MPI_Wtime();    if( rank ==0 ){

        a = new int [ size * size ];

        c = new int [ size * size ];        for(int i=0;i<size; i++)        for(int j=0;j<size; j++){

            a[ i*size + j ] = i*j;

            b[ i*size + j ] = i + j;

        }        for(int i=1;i<numprocs;i++){// send b

            MPI_Send( b, size*size, MPI_INT, i, 0, MPI_COMM_WORLD );

        }        for(int i=1;i<numprocs;i++){// send part of a

            MPI_Send( a + (i-1)*line*size, size*line, MPI_INT, i, 1, MPI_COMM_WORLD);

        }        for(int i = (numprocs-1)*line;i<size;i++){// calculate block 1

            for(int j=0;j<size;j++){                int temp = 0;                for(int k=0;k<size;k++)

                    temp += a[i*size+k]*b[k*size+j];

                c[i*size+j] = temp;

            }

        }        for(int k=1;k<numprocs;k++){// recieve ans

            MPI_Recv( ans, line*size, MPI_INT, k, 3, MPI_COMM_WORLD, MPI_STATUS_IGNORE);            for(int i=0;i<line;i++){                for(int j=0;j<size;j++){

                    c[ ((k-1)*line + i)*size + j] = ans[i*size+j];

                }

            }

        }

        FILE *fp = fopen("c.txt","w");        for(int i=0;i<size;i++){            for(int j=0;j<size;j++)

                fprintf(fp,"%d\t",c[i*size+j]);

            fputc('\n',fp);

        }

        fclose(fp);

  stop = MPI_Wtime();

        printf("rank:%d time:%lfs\n",rank,stop-start);        delete [] a,c;

    }    else{

        buffer = new int [ size * line ];

        MPI_Recv(b, size*size, MPI_INT, 0, 0, MPI_COMM_WORLD, MPI_STATUS_IGNORE);

        MPI_Recv(buffer, size*line, MPI_INT, 0, 1, MPI_COMM_WORLD, MPI_STATUS_IGNORE);        for(int i=0;i<line;i++)        for(int j=0;j<size;j++){            int temp=0;            for(int k=0;k<size;k++)

                temp += buffer[i*size+k]*b[k*size+j];

            ans[i*size+j] = temp;

        }

        MPI_Send(ans, line*size, MPI_INT, 0, 3, MPI_COMM_WORLD);        delete [] buffer;        delete [] ans;

    }    delete [] b;

    MPI_Finalize();    return 0;

}

线程 0 发送矩阵 b,以及 a 的分块矩阵给其他线程,然后自己做一部分矩阵乘法,然后接收其他线程的结果,然后输出最终答案。

2. 用 MPI_Scatter 和 MPI_Gather,代码同样参考自 https://blog.csdn.net/lcx543576178/article/details/45892839

稍作修改,如下:

#include<iostream>using namespace std;

#include<mpi.h>int main(){    int my_rank;    int num_procs;    int size = 1000;    double start, finish;

    MPI_Init(NULL,NULL);

    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &my_rank);

    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &num_procs);    

    int line = size / num_procs;

    cout<<" line = "<<line<<endl;    int * local_a = new int [ line * size ];    int * b = new int [ size * size ];    int * ans = new int [ line * size ];    int * a = new int [ size * size ];    int * c = new int [ size * size ];    if( my_rank == 0 ){

        start = MPI_Wtime();        for(int i=0;i<size;i++){            for(int j=0;j<size;j++){

                a[ i*size + j ] = i*j;

                b[ i*size + j ] = i + j;

            }

        }

        MPI_Scatter(a, line * size, MPI_INT, local_a, line * size, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD );

        MPI_Bcast(b, size*size, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);        for(int i= 0; i< line;i++){            for(int j=0;j<size;j++){                int temp = 0;                for(int k=0;k<size;k++)

                    temp += a[i*size+k] * b[k*size + j];

                ans[i*size + j ] = temp;

            }

        }

        MPI_Gather( ans, line * size, MPI_INT, c, line * size, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD );        for(int i= num_procs *line; i< size;i++){            for(int j=0;j<size;j++){                int temp = 0;                for(int k=0;k<size;k++)

                    temp += a[i*size+k] * b[k*size + j];

                c[i*size + j ] = temp;

            }

        }

        FILE *fp = fopen("c2.txt","w");                for(int i=0;i<size;i++){                        for(int j=0;j<size;j++)

                                fprintf(fp,"%d\t",c[i*size+j]);

                        fputc('\n',fp);

                }

                fclose(fp);

        finish = MPI_Wtime();

        printf(" time: %lf s \n", finish - start );

    }    else{        int * buffer = new int [ size * line ];

        MPI_Scatter(a, line * size, MPI_INT, buffer, line * size, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD );

        MPI_Bcast( b, size * size, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD );        /*

        cout<<" b:"<<endl;

        for(int i=0;i<size;i++){

            for(int j=0;j<size;j++){

                cout<<b[i*size + j]<<",";

            }

            cout<<endl;

        }        */

        for(int i=0;i<line;i++){            for(int j=0;j<size;j++){                int temp = 0;                for(int k=0;k<size;k++)

                    temp += buffer[i*size+k] * b[k*size + j];                //cout<<"i = "<<i<<"\t j= "<<j<<"\t temp = "<<temp<<endl;

                ans[i*size + j] = temp;

            }

        }        /*

        cout<<" ans:"<<endl;

        for(int i=0;i<line;i++){

            for(int j=0;j<size;j++){

                cout<<ans[i*size + j]<<",";

            }

            cout<<endl;

        }        */

        MPI_Gather(ans, line*size, MPI_INT, c, line*size, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD );        delete [] buffer;

    }    delete [] a, local_a, b, ans, c;

    MPI_Finalize();    return 0;

}

进程 0 向所有进程(包括自己)分发(MPI_Scatter)a 矩阵的各个分块矩阵,并广播(MPI_Bcast)b 矩阵。其他进程接收 a 的分块矩阵与 b 矩阵,做乘法,并返回结果(MPI_Gather)。进程 0 收集所有结果(包括自己的)(MPI_Gather),如果 a 矩阵分块有剩余,进程 0 就做掉相关乘法,最后输出所有结果。

3. 测时间。下图为上面两种方法的耗时,

4. 总结:①确实进程越多,耗时越少。

    ②由于消息传递需要成本,而且不是每个进程都同时开始和结束,所以随着进程数的上升,平均每进程的效率下降。

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