标签：深入解析Linux下MPI实现——MPICH3 (linux mpich3)

MPI（Message Passing Interface）是一种并行计算的标准，可以使多台计算机在网络上互相通信，共同协同完成某种复杂的计算任务。它已经成为高性能计算领域中必不可少的工具，被广泛应用于天气预报、气候模拟、分子动力学模拟等众多科学计算领域。Linux作为一个开源操作系统，其上的MPI实现也是广受欢迎的，MPICH3便是其中的佼佼者。 1. MPICH3的概述 MPICH3是一款高性能的MPI实现，在众多MPI实现中，它是最为流行的一个。它不仅能够实现不同节点之间的进程通信，还能够实现节点内部的进程通信。此外，MPICH3还支持多种硬件环境（例如多核、多节点、GPU等），可运行在多种操作系统上，包括Linux、Windows、Mac OS等。 MPICH3是基于MPICH2发展而来的，最新版本号是3.4.1。它不仅继承了前一版本的优点，还进行了一系列的性能优化和功能增强。目前，MPICH3的主要工作是进一步提高性能、支持多种架构和深度集成其他HPC（High Performance Computing）工具。 2. MPICH3的安装和配置 MPICH3的安装比较简单，只需下载tar包，解压后进入解压目录执行configure、make和make install命令即可。配置命令如下： ./configure –prefix=/usr/local/mpich-3.4.1 make && make install 完成安装后需要进行一些设置。需要将mpich安装路径添加到环境变量中： export PATH=$PATH:/usr/local/mpich-3.4.1/bin 然后，需要将节点的hostname添加到hosts文件中，以保证节点之间可以互相访问： echo “10.0.0.2 node2” >> /etc/hosts echo “10.0.0.3 node3” >> /etc/hosts 需要配置MPI环境变量，具体实现方式如下： export MPI_HOME=/usr/local/mpich-3.4.1 export PATH=$MPI_HOME/bin:$PATH export LD_LIBRARY_PATH=$MPI_HOME/lib:$LD_LIBRARY_PATH 3. MPICH3的基本用法 一旦完成了安装和配置，便可尝试使用MPICH3进行进程通信。MPI程序由多个进程组成，每个进程之间通过MPI库函数进行通信。MPI库函数由C、C++和Fortran等不同语言的接口，用户可根据自己的需要选择对应的接口。 一个简单的MPI程序如下所示： #include #include int mn(int argc, char *argv[]) { int rank, size; MPI_Init(&argc, &argv); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank); MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size); printf(“Hello world, I am %d of %d\n”, rank, size); MPI_Finalize(); return 0; } 其中，MPI_Init初始化MPI环境；MPI_Comm_rank获取进程的排名；MPI_Comm_size获取进程总数；MPI_Finalize在程序运行结束前清理MPI环境。 在执行MPI程序时需要注意，需要使用mpirun命令启动MPI程序，并指定进程数。例如： mpirun -np 4 ./helloworld 其中-np表示进程数，./helloworld表示MPI程序的可执行文件名称。 4. MPICH3的高级用法 除了基本用法，MPICH3还支持一些高级的特性，帮助用户更好地优化并行计算性能。 4.1 进程亲和性 进程亲和性（Process Affinity）是指CPU核心与进程之间的绑定关系，它影响进程的性能。如果进程所运行的CPU核心与其存储器绑定关系不好，将会降低程序的性能。为此，MPICH3提供了一种进程亲和性设置方式，可以将进程与CPU核心进行绑定。具体实现方式如下： MPI_Comm_set_errhandler(MPI_COMM_WORLD, MPI_ERRORS_RETURN); int rank, status, provided; MPI_Init_thread(&argc, &argv, MPI_THREAD_SERIALIZED, &provided); if (provided != MPI_THREAD_SERIALIZED){ printf(“MPI_Init_thread fled, thread support not avlable\n”); MPI_Abort(MPI_COMM_WORLD, 1); } MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank); MPI_Comm_set_errhandler(MPI_COMM_WORLD, MPI_ERRORS_ARE_FATAL); status = bind_to_core(rank); if...