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C++集體數據交換實現示例講解_C 語言

作者：無水先生 ? 更新時間： 2022-12-15 編程語言

一、說明

到目前為止介紹的功能共享一對一的關系：即一個進程發送和一個進程接收。鏈接是通過標簽建立的。本節介紹在多個進程中調用相同參數但執行不同操作的函數。對于一個進程，函數可能會發送數據，對于另一個進程，它可能會接收數據。這些功能稱為集體操作。

二、示例和代碼

示例 47.9。使用 gather() 從多個進程接收數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <vector>
#include <string>
#include <iterator>
#include <algorithm>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  if (world.rank() == 0)
  {
    std::vector<std::string> v;
    boost::mpi::gather<std::string>(world, "", v, 0);
    std::ostream_iterator<std::string> out{std::cout, "\n"};
    std::copy(v.begin(), v.end(), out);
  }
  else if (world.rank() == 1)
  {
    boost::mpi::gather(world, std::string{"Hello, world!"}, 0);
  }
  else if (world.rank() == 2)
  {
    boost::mpi::gather(world, std::string{"Hello, moon!"}, 0);
  }
}

Example47.9

示例 47.9 在多個進程中調用函數 boost::mpi::gather()。函數是發送還是接收取決于參數。

等級為 1 和 2 的進程使用 boost::mpi::gather() 發送數據。它們將發送的數據作為參數傳遞——字符串“Hello, world!”和“你好，月亮！” – 以及數據應傳輸到的進程的級別。由于 boost::mpi::gather() 不是成員函數，因此還必須傳遞 communicator world。

等級為 0 的進程調用 boost::mpi::gather() 來接收數據。由于數據必須存儲在某個地方，因此傳遞了一個 std::vector<std::string> 類型的對象。請注意，您必須將此類型與 boost::mpi::gather() 一起使用。不支持其他容器或字符串類型。

排名 0 的進程必須傳遞與排名 1 和 2 的進程相同的參數。這就是排名 0 的進程也傳遞 world、要發送的字符串和 0 到 boost::mpi::gather() 的原因。

如果您使用三個進程啟動示例 47.9，您好，世界！和你好，月亮！被顯示。如果仔細查看輸出，您會注意到首先寫入了一個空行。第一行是等級為 0 的進程傳遞給 boost::mpi::gather() 的空字符串。 v 中有三個字符串，它們是從等級為 0、1 和 2 的進程接收的。向量中元素的索引對應于進程的等級。如果多次運行該示例，您將始終得到一個空字符串作為向量中的第一個元素，“Hello, world!”作為第二個元素和“你好，月亮！”作為第三個。

請注意，您不得使用超過三個進程運行示例 47.9。例如，如果您使用 -n 4 啟動 mpiexec，則不會顯示任何數據。該程序將掛起，必須使用 CTRL+C 中止。

必須對所有進程執行集體操作。如果您的程序調用諸如 boost::mpi::gather() 之類的函數，您必須確保該函數在所有進程中都被調用。否則就違反了 MPI 標準。因為像 boost::mpi::gather() 這樣的函數必須被所有進程調用，所以每個進程的調用通常沒有不同，如示例 47.9 所示。將前面的示例與執行相同操作的示例 47.10 進行比較。

示例 47.10。使用 gather() 從所有進程收集數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <vector>
#include <string>
#include <iterator>
#include <algorithm>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 1)
    s = "Hello, world!";
  else if (world.rank() == 2)
    s = "Hello, moon!";
  std::vector<std::string> v;
  boost::mpi::gather(world, s, v, 0);
  std::ostream_iterator<std::string> out{std::cout, "\n"};
  std::copy(v.begin(), v.end(), out);
}

您為所有流程中的集體操作調用函數。通常函數的定義方式很清楚必須執行哪個操作，即使所有進程都傳遞相同的參數。

示例 47.10 使用 boost::mpi::gather() 來收集數據。數據在其等級作為最后一個參數傳遞給 boost::mpi::gather() 的過程中收集。此進程收集它從所有進程接收的數據。存儲數據的向量僅供收集數據的進程使用。

boost::mpi::gather() 從所有進程收集數據。這包括收集數據的過程。在示例 47.10 中，這是等級為 0 的進程。該進程在 s 中向自身發送一個空字符串。空字符串存儲在 v 中。正如您將在以下示例中看到的，集合操作始終包括所有進程。

您可以使用任意數量的進程運行示例 47.10，因為每個進程都會調用 boost::mpi::gather()。如果您使用三個進程運行該示例，結果將與前面的示例類似。

示例 47.11。在所有進程中使用 scatter() 分散數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::vector<std::string> v{"Hello, world!", "Hello, moon!",
    "Hello, sun!"};
  std::string s;
  boost::mpi::scatter(world, v, s, 0);
  std::cout << world.rank() << ": " << s << '\n';
}

Example47.11

示例 47.11 介紹了函數 boost::mpi::scatter()。它與 boost::mpi::gather() 相反。 boost::mpi::gather() 將來自多個進程的數據收集到一個進程中，而 boost::mpi::scatter() 將來自一個進程的數據分散到多個進程中。

示例 47.11 將來自排名為 0 的進程的 v 中的數據分散到所有進程，包括它自己。等級為 0 的進程接收到字符串“Hello, world!”在 s 中，排名為 1 的進程收到“你好，月亮！”在 s 中，等級為 2 的進程收到“Hello, sun!”秒。

示例 47.12。使用 broadcast() 向所有進程發送數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 0)
    s = "Hello, world!";
  boost::mpi::broadcast(world, s, 0);
  std::cout << s << '\n';
}

boost::mpi::broadcast() 將數據從一個進程發送到所有進程。此函數與 boost::mpi::scatter() 之間的區別在于將相同的數據發送到所有進程。在示例 47.12 中，所有進程都收到字符串“Hello, world!”在 s 中寫下你好，世界！到標準輸出流。

示例 47.13。使用 reduce() 收集和分析數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
std::string min(const std::string &lhs, const std::string &rhs)
{
  return lhs.size() < rhs.size() ? lhs : rhs;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 0)
    s = "Hello, world!";
  else if (world.rank() == 1)
    s = "Hello, moon!";
  else if (world.rank() == 2)
    s = "Hello, sun!";
  std::string result;
  boost::mpi::reduce(world, s, result, min, 0);
  if (world.rank() == 0)
    std::cout << result << '\n';
}

boost::mpi::reduce() 從多個進程收集數據，如 boost::mpi::gather()。但是，數據不存儲在向量中。 boost::mpi::reduce() 需要一個函數或函數對象，它將用于分析數據。

如果您使用三個進程運行示例 47.13，則排名為 0 的進程會收到字符串“Hello, sun!”結果。對 boost::mpi::reduce() 的調用收集并分析所有進程傳遞給它的字符串。它們使用函數 min() 進行分析，該函數作為第四個參數傳遞給 boost::mpi::reduce()。 min() 比較兩個字符串并返回較短的一個。

如果您使用三個以上的進程運行示例 47.13，則會顯示一個空字符串，因為排名大于 2 的所有進程都會將一個空字符串傳遞給 boost::mpi::reduce()。將顯示空字符串，因為它比“Hello, sun!”短

示例 47.14。使用 all_reduce() 收集和分析數據

#include <boost/mpi.hpp>
#include <boost/serialization/string.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
std::string min(const std::string &lhs, const std::string &rhs)
{
  return lhs.size() < rhs.size() ? lhs : rhs;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
  boost::mpi::environment env{argc, argv};
  boost::mpi::communicator world;
  std::string s;
  if (world.rank() == 0)
    s = "Hello, world!";
  else if (world.rank() == 1)
    s = "Hello, moon!";
  else if (world.rank() == 2)
    s = "Hello, sun!";
  std::string result;
  boost::mpi::all_reduce(world, s, result, min);
  std::cout << world.rank() << ": " << result << '\n';
}

Example47.14

示例 47.14 使用函數 boost::mpi::all_reduce()，它像 boost::mpi::reduce() 一樣收集和分析數據。這兩個函數之間的區別在于 boost::mpi::all_reduce() 將分析結果發送到所有進程，而 boost::mpi::reduce() 使結果僅可用于排名作為傳遞的進程最后一個參數。因此，沒有排名傳遞給 boost::mpi::all_reduce()。如果您使用三個進程運行示例 47.14，每個進程都會寫入 Hello, sun!到標準輸出流。

原文鏈接：https://yamagota.blog.csdn.net/article/details/127941993

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