mac 搭建mpi集群

MPI
MPI（Message Passing Interface）是一个跨语言的通讯协议，用于编写并行计算程序。MPI的实现版本主要有两个，即Open MPI (https://www.open-mpi.org/)和MPICH (http://www.mpich.org/)，正确安装和配置后，便可以在 C，C++和Fortran语言中直接调用MPI所提供的各种API。本博客之前介绍过在Windows下通过MPJ来实现MPI编程开发的基本方法（有需要的读者可以参阅本博客相关文章），下面我们就来看看在Mac OS X上如何使用MPI进行并行开发。

我们之前在介绍OpenMP（注意跟本文的OpenMPI不同）时曾经提到过，因为新版本的Xcode的编译器从GCC变成了clang，所以对非Apple的产品都不再提供默认支持了。所以我们要首先在Mac OS X上正确的安装GCC，这部分内容本博客的其他文章也已经介绍过，这里不再重复。

接下来安装OpenMPI，需要使用Homebrew（同样要确认你已经安装了它），打开Terminal，然后输入如下指令

brew install openmpi
安装过程可能需要几分钟。安装成功后，在使用mpicc编译时，需要注意，如果不做任何操作，mpicc会使用默认的gcc，也就是clang的链接来编译，使得编译出错。所以在编译之前需要设置环境变量（假设你要编写的是C++程序）：

export OMPI_CXX=g++-5
编写第一个MPI程序
下面我们来写一个简单的Hello World程序，注意MPI中各个API的介绍我们这里不详细介绍，这个例子只是帮助读者熟悉MPI程序的编译和执行等步骤。首先编辑输入下面代码，并

#include <cstdio>
#include <mpi.h>

int main (int argc, char **argv)
{
int rank, size;

MPI_Init (&argc, &argv); /* starts MPI */

MPI_Comm_rank (MPI_COMM_WORLD, &rank); /* get current process id */
MPI_Comm_size (MPI_COMM_WORLD, &size); /* get number of processes */

printf( "Hello world from process %d of %d\n", rank, size );

MPI_Finalize();

return 0;
}

然后在Terminal下输入（注意要转到你CPP源文件所在的目录下）：

mpic++ helloworld.cpp -o helloworld.out
mpirun -n 2 ./helloworld.out
第一句是编译，第二句是执行，其中 -n 2 表示使用两个核（或两个nodes）。

同时使用OpenMP和MPI
我们之前已经有文章介绍过OpenMP的基本使用，下面我们想把MPI和OpenMP结合起来。来看下面这个程序，它实现的功能是即使复平面上某个矩形区域中，在某个给定的分辨率下，Mandelbrot 集合中点的数量：

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include "mpi.h"
#include "omp.h"

// return 1 if in set, 0 otherwise
int inset(double real, double img, int maxiter){
double q = (real - 0.25)*(real - 0.25) + img*img;
if(q*(q+(real - 0.25)) < 0.25*img*img || (real+1)*(real+1) + img*img < 1/16)
return 1;

double z_real = real;
double z_img = img;

for(int iters = 0; iters < maxiter; iters++){

double z2_real = z_real*z_real-z_img*z_img;
double z2_img = 2.0*z_real*z_img;
z_real = z2_real + real;
z_img = z2_img + img;

if(z_real*z_real + z_img*z_img > 4.0) return 0;
}

return 1;
}

// main
int main(int argc, char *argv[]){
double real_lower;
double real_upper;
double img_lower;
double img_upper;
int num;
int maxiter;
int num_regions = (argc-1)/6;

//double start = omp_get_wtime();

MPI_Init(&argc,&argv);

for(int region=0;region<num_regions;region++){
// scan the arguments

sscanf(argv[region*6+1],"%lf",&real_lower);
sscanf(argv[region*6+2],"%lf",&real_upper);
sscanf(argv[region*6+3],"%lf",&img_lower);
sscanf(argv[region*6+4],"%lf",&img_upper);
sscanf(argv[region*6+5],"%i",&num);
sscanf(argv[region*6+6],"%i",&maxiter);

int count=0;
double real_step = (real_upper-real_lower)/num;
double img_step = (img_upper-img_lower)/num;

int size, rank;
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);

int new_num = ((real_upper-real_lower)/size) /real_step;

if(rank != size -1){
#pragma omp parallel
{
#pragma omp for schedule(dynamic) reduction(+:count) nowait
for(int real = rank * new_num; real <= (rank+1)*new_num-1; real++){
for(int img=0; img<=num; img++){
count+=inset(real_lower + real * real_step,img_lower+img*img_step,maxiter);
}
}
}
}
else{
#pragma omp parallel
{
#pragma omp for schedule(dynamic) reduction(+:count) nowait
for(int real = rank * new_num; real <= num; real++){
for(int img=0; img<=num; img++){
count+=inset(real_lower+real*real_step,img_lower+img*img_step,maxiter);
}
}
}
}

int global_sum = 0;
MPI_Reduce(&count, &global_sum, 1, MPI_INT, MPI_SUM, 0, MPI_COMM_WORLD);

if(rank == 0)
printf("%d\n", global_sum);

}
MPI_Finalize();

//double end = omp_get_wtime();

//printf("Time = %fs\n", end-start);

return EXIT_SUCCESS;
}

要编译上述程序需要在Terminal下输入：

mpic++ -fopenmp mandelbrot.cpp -o test_mpi
执行上述程序则使用：

mpirun -n 4 ./test_mpi -2.0 1.0 -1.0 1.0 100 10000 -1 1.0 0.0 1.0 100 10000

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