MPI + OpenMP

Гибридное программирование MPI + OpenMP использует MPI для распараллеливания между SMP узлами и OpenMP для распараллеливания между ядрами каждого из этих узлов.

При запуске задачи с использованием планировщика PBS надо учитывать, что значение переменной окружения '$OMP_NUM_THREADS' определенно только на одном узле ('Mother Superior'), т.е. остальные узлы по умолчанию не знают, сколько OpenMP потоков было запрошено.

Пример программы 'hello_mpi_mp.c' на языке C:

#include <mpi.h>
#include <omp.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char** argv)
{
    int size, rank;
    int nthreads, tid;
    MPI_Status status;
    char host[32];
    int i;

    MPI_Init(&argc,&argv);
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&size);
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank);

// Environment variable OMP_NUM_THREADS is defined only on the 'Mother Superior' node.
// So we need to send it value to other nodes and apply there.
    if ( rank == 0 ) {
        #pragma omp parallel
        {
            nthreads = omp_get_num_threads();
        }
        for ( i=1; i<size; i++ ) {
            MPI_Send(&nthreads,1,MPI_INT,i,0,MPI_COMM_WORLD);
        }
    } else {
        MPI_Recv(&nthreads,1,MPI_INT,MPI_ANY_SOURCE,0,MPI_COMM_WORLD, &status);
        omp_set_num_threads(nthreads);
    }

    gethostname(host,32);
    #pragma omp parallel private(tid,nthreads)
    {
        nthreads = omp_get_num_threads();
        tid = omp_get_thread_num();
        printf("MPI rank %d from %d, host %s. Thread %d from %d.\n",rank,size,host,tid,nthreads);
    }
    MPI_Finalize();
    return 0;
}

Выберем реализацию MPI:

mpi-selector --set openmpi_gcc-1.4.3

Перезапустим SSH сессию.

Откомпилируем в исполняемый файл hello_mpi_mp:

mpicc -fopenmp -o hello_mpi_mp hello_mpi_mp.c

Также для компиляции можно использовать makefile следующего вида:

hello_mpi_mp : hello_mpi_mp.c
     mpicc -fopenmp -o $@ hello_mpi_mp.c

Для постановки задачи в очередь создадим скрипт submit.sh следующего вида:

#!/bin/sh

#PBS -l walltime=00:00:20
#PBS -l select=3:ncpus=4:mpiprocs=1:ompthreads=4:mem=2000m

cd $PBS_O_WORKDIR
MPI_NP=$(wc -l $PBS_NODEFILE | awk '{ print $1 }')

mpirun -hostfile $PBS_NODEFILE -np $MPI_NP ./hello_mpi_mp

В данном примере запрашивается 3 раза по 4 ядра и будет запущено 3 MPI-процесса, порождающих по 4 OpenMP потока (по одному потоку на ядро). Ограничение на оперативную память (2000MB) применяется к каждому MPI процессу, а не к отдельному OpenMP потоку.

Поставим задачу в очередь:

qsub submit.sh

После завершения задачи получим примерно следующее:

MPI rank 1 from 3, host cn03. Thread 3 from 4.
MPI rank 1 from 3, host cn03. Thread 2 from 4.
MPI rank 1 from 3, host cn03. Thread 1 from 4.
MPI rank 1 from 3, host cn03. Thread 0 from 4.
MPI rank 0 from 3, host cn01. Thread 2 from 4.
MPI rank 0 from 3, host cn01. Thread 3 from 4.
MPI rank 0 from 3, host cn01. Thread 1 from 4.
MPI rank 0 from 3, host cn01. Thread 0 from 4.
MPI rank 2 from 3, host cn05. Thread 0 from 4.
MPI rank 2 from 3, host cn05. Thread 1 from 4.
MPI rank 2 from 3, host cn05. Thread 2 from 4.
MPI rank 2 from 3, host cn05. Thread 3 from 4.