Распределенные вычисления на FreePascal под Windows (45721)

Посмотреть архив целиком

Распределенные вычисления на FreePascal под Windows

Илья Аввакумов, Freepascal.ru

Введение. О чем эта статья.

Статья посвящена вопросу написания распределенных (параллельных) вычислений с использованием компилятора FreePascal (использовалась версия 2.0.1)

Проблема параллельных вычислений заинтересовала меня совсем не потому что это сейчас модно. Столкнулся с задачей, когда надо было сформировать (для дальнейнего анализа) большой массив данных. Хотелось уменьшить время вычислений имеющимися средствами. Оказывается, организовать параллельные вычисления с использованием моего любимого компилятора — вполне решаемая задача.

Стандартом для параллельных приложений для многопроцессорных вычислительных систем де-факто является MPI.

Идея MPI-программы такова: параллельная программа представляется в виде множества взаимодействующих (посредством коммуникационных процедур MPI) процессов.

Параллельные вычисления требуют

1. Разделения процессов

2. Взаимодействия между ними

MPI (Message Passing Interface) — стандарт на программный инструментарий для обеспечения связи между ветвями параллельного приложения.

В этой статье рассматривается MPICH (MPI CHameleon), свободно распространяемая реализация MPI. Использовалась версия MPICH 1.2.5 для Windows.

Установка и настройка MPICH.

MPICH для Windows требует

1. Windows NT4/2000/XP ( Professional или Server). Под Win9x/ME работать не станет!

2. Сетевое соединение по протоколу TCP/IP между машинами.

Сразу обговорю, что все примеры тестировались на двух машинах, объединенных в локальную сеть. Один компьютер (сетевое имя ILYA) — мой, а второй (сетевое имя EKATERINA) — жены.

Установка.

Компьютеры, участвующие в вычислениях, назовем кластером. MPICH должен быть установлен на каждом компьютере в кластере.

Для установки нужно

1. Скачать mpich.nt.1.2.5.src.exe (5278 Кб) или mpich.nt.1.2.5.src.zip (5248 Кб)

Либо с официальной страницы MPICH

http://www.mcs.anl.gov/mpi/mpich/download.html

Либо с ftp сервера ftp.mcs.anl.gov/pub/mpi/nt.

2. Если запустить exe файл, то после распаковки запустится интерактивная программа установки MPICH. Чтобы не утомлять себя выбором устанавливаемых компонент, удобнее установить MPICH в неинтерактивном режиме.

Для этого

а. Разархивируйте содержимое в общую папку (например, \\ILYA\common)

b. Отредактируйте файл setup.iss

c. Строка

szDir=C:\Program Files\MPICH

определяет каталог, куда установится MPICH. Это расположение можно изменить.

d. Строки

Component-count=7

Component-0=runtime dlls

Component-1=mpd

Component-2=SDK

Component-3=Help

Component-4=SDK.gcc

Component-5=RemoteShell

Component-6=Jumpshot

определяют число устанавливаемых компонент. Для главного компьютера (откуда запускается главный процесс) подходящие опции таковы

Component-count=4

Component-0=runtime dlls

Component-1=mpd

Component-2=SDK

Component-3=Help

Для простого компьютера (которому отводится только роль вычислителя) число компонент может быть сокращено до двух.

Component-count=2

Component-0=runtime dlls

Component-1=mpd

На каждом компьютере кластера выполнить команду установки в неинтерактивном режиме. В моем случае запуск программы установки таков:

>\\ILYA\common\setup -s -f1\\ILYA\common\setup.iss

После установки на каждом компьютере должна запуститься служба mpich_mpd (MPICH Daemon (C) 2001 Argonne National Lab). (смотрите рисунок)

Если был установлен компонент SDK (что необходимо сделать на том компьютере, откуда будет производиться запуск программ), то в каталоге MPICH (прописанном в пункте szDir) присутствуют подкаталоги SDK и SDK.gcc. Содержимое этих каталогов — библиотечные и заголовочные файлы для языков C, С++ и Fortran.

Каталог SDK предназначен для компиляторов MS VC++ 6.x и Compaq Visual Fortran 6.x, а каталог SDK.gcc — для компиляторов gcc и g77.

Настройка

Настройку можно осуществить с помощью простых утилит, имеющихся в дистрибутиве.

Остановимся подробнее на каталоге mpd\bin в директории MPICH. Содержимое каталога:

mpd.exe

исполняемый файл службы mpich_mpd

нужна

MPIRun.exe

файл, осуществляющий запуск каждой MPI-программы.

нужна

MPIRegister.exe

программа для шифрования паролей при обмене данными по LAN.

иногда полезна

MPDUpdate.exe

программа для обновления библиотек MPI

не нужна

MPIConfig.exe

программа настройки хостов в кластере

не нужна

guiMPIRun.exe

GUI версия mpirun.

не нужна

MPIJob.exe

программа для управления MPI-процессами

не нужна

guiMPIJob.exe

GUI версия mpijob.exe

не нужна

Использование команд mpirun и mpiregister ждет нас впереди. Чтобы удостовериться, что службы MPICH, работающие на разных компьютерах, взаимодействуют должным образом, можно воспользоваться утилитой MPIconfig. Для этого следует

1. Запустить MPIConfig.exe (можно воспользоваться ссылкой в главном меню, она там должна быть)

2. Нажать на кнопку "Select"

3. В появившемся окне выбрать пункт меню "Action"—"Scan hosts"

4. Напротив имени каждой машины должна загореться пиктограмма "MPI" ( примерно вот так)

Модуль mpi на FreePascal.

Все вышеописанное относилось к установке собственно MPICH. Для того, чтобы прикрутить библиотеки MPICH к FreePascal, следует еще немножко поработать.

Cледует воспользоваться динамической библиотекой mpich.dll, которая располагается в системном каталоге (копируется туда при установке MPICH).

1. Скачать модуль FreePascal, реализующий функции этой динамической библиотеки. Файл mpi.pp скачать zip-архив (10 КБ)

2. Для использования модуля mpi следует просто скопировать файл mpi.pp в каталог, где FreePascal ищет модули (unit searchpath).

Модуль написан с использованием утилиты h4pas.exe и заголовочных файлов *.h из SDK\Include.

Простейшая MPI программа на FreePascal.

Во именах всех функциях библиотеки MPICH используется префикс MPI_. Возвращаемое значение большинства функций — 0, если вызов был успешным, а иначе — код ошибки.

Основные функции.

Основные функции MPI, с помощью которых можно организовать параллельное вычисление

1

MPI_Init

подключение к MPI

2

MPI_Finalize

завершение работы с MPI

3

MPI_Comm_size

определение размера области взаимодействия

4

MPI_Comm_rank

определение номера процесса

5

MPI_Send

стандартная блокирующая передача

6

MPI_Recv

блокирующий прием

Утверждается, что этого хватит. Причем первые четыре функции должны вызываться только один раз, а собственно взаимодействие процессов — это последние два пункта.

Описание функций, осуществляющих передачу, оставим на потом, а сейчас рассмотрим описание функций инициализации/завершения

function MPI_Init( var argc : longint;

var argv : ppchar) : longint;

Инициализация MPI. Аргументы argc и argv — переменные модуля system, определяющие число параметров командной строки и сами эти параметры, соответственно.

При успешном вызове функции MPI_Init создается коммуникатор ( область взаимодействия процессов), под именем MPI_COMM_WORLD.

function MPI_Comm_size( comm : MPI_Comm;

var nump : longint) : longint;

Определяет число процессов, входящих в коммуникатор comm.

function MPI_Comm_rank( comm : MPI_Comm;

var proc_id : longint) : longint;

Определяется ранг процесса внутри коммуникатора. После вызова этой функции все процессы, запущенные загрузчиком MPI-приложения, получают свой уникальный номер (значение возвращаемой переменной proc_id у всех разное). После вызова функции MPI_Comm_rank можно, таким образом, назначать различным процессам различные вычисления.

functionnn MPI_Finalize : longint;

Завершает работу с MPI.

Порядок вызова таков:

1. MPI_Init — подключение к MPI

2. MPI_Comm_size — определение размера области взаимодействия

3. MPI_Comm_rank — определение номера процесса

4. Далее идет любая совокупность команд обмена (передача, прием, и тп.)

5. MPI_Finalize — завершение работы с MPI

Простейшая MPI программа такова.

test.pas

uses mpi;

var namelen, numprocs, myid : longint;

processor_name : pchar;

begin

MPI_Init( argc, argv);

MPI_Comm_size( MPI_COMM_WORLD, numprocs);

MPI_Comm_rank( MPI_COMM_WORLD, myid);

GetMem( processor_name, MPI_MAX_PROCESSOR_NAME+1); // константа MPI_MAX_PROCESSOR_NAME равна 256

namelen := MPI_MAX_PROCESSOR_NAME;

MPI_Get_processor_name( processor_name, namelen);

Writeln('Hello from ',myid,' on ', processor_name);

FreeMem(processor_name);

MPI_Finalize;


Случайные файлы

Файл
149039.doc
86005.rtf
17273.rtf
181141.rtf
17059-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.