Использование неблокирующих коммуникационных операций повышает безопасность с точки зрения возникновения тупиковых ситуаций, а также может увеличить скорость работы программы за счет совмещения выполнения вычислительных и коммуникационных операций. Эти задачи решаются разделением коммуникационных операций на две стадии: инициирование операции и проверку завершения операции.
Неблокирующие операции используют специальный скрытый (opaque) объект "запрос обмена" (request) для связи между функциями обмена и функциями опроса их завершения. Для прикладных программ доступ к этому объекту возможен только через вызовы MPI-функций. Если операция обмена завершена, подпрограмма проверки снимает "запрос обмена", устанавливая его в значение MPI_REQUEST_NULL. Снять запрос без ожидания завершения операции можно подпрограммой MPI_Request_free.
Функция передачи сообщения без блокировки MPI_Isend
Возврат из подпрограммы происходит немедленно (immediate), без ожидания окончания передачи данных. Этим объясняется префикс I в именах функций. Поэтому переменную buf повторно использовать нельзя до тех пор, пока не будет погашен "запрос обмена". Это можно сделать с помощью подпрограмм MPI_Wait или MPI_Test, передав им параметр request.
Функция приема сообщения без блокировки MPI_Irecv
Возврат из подпрограммы происходит немедленно, без ожидания окончания приема данных. Определить момент окончания приема можно с помощью подпрограмм MPI_Wait или MPI_Test с соответствующим параметром request.
Как и в блокирующих операциях часто возникает необходимость опроса параметров полученного сообщения без его фактического чтения. Это делается с помощью функции MPI_Iprobe.
Неблокирующая функция чтения параметров полученного сообщения MPI_Iprobe
Если flag=true, то операция завершилась, и в переменной status находятся атрибуты этого сообщения.
Воспользоваться результатом неблокирующей коммуникационной операции или повторно использовать ее параметры можно только после ее полного завершения. Имеется два типа функций завершения неблокирующих операций:
Функция ожидания завершения неблокирующей операции MPI_Wait
Это нелокальная блокирующая операция. Возврат происходит после завершения операции, связанной с запросом request. В параметре status возвращается информация о законченной операции.
Функция проверки завершения неблокирующей операции MPI_Test
Это локальная неблокирующая операция. Если связанная с запросом request операция завершена, возвращается flag = true, а status содержит информацию о завершенной операции. Если проверяемая операция не завершена, возвращается flag = false, а значение status в этом случае не определено.
Функция снятия запроса без ожидания завершения неблокирующей операции MPI_Request_free
Параметр request устанавливается в значение MPI_REQUEST_NULL. Связанная с этим запросом операция не прерывается, однако проверить ее завершение с помощью MPI_Wait или MPI_Test уже нельзя. Для прерывания коммуникационной операции следует использовать функцию MPI_Cancel(MPI_Request *request).
В MPI имеется набор подпрограмм для одновременной проверки на завершение нескольких операций. Без подробного обсуждения приведем их перечень (таблица 4.5).
| Выполняемая проверка | Функции ожидания (блокирующие) | Функции проверки (неблокирующие) |
| Завершились все операции | MPI_Waitall | MPI_Testall |
| Завершилась по крайней мере одна операция | MPI_Waitany | MPI_Testany |
| Завершилась одна из списка проверяемых | MPI_Waitsome | MPI_Testsome |
Кроме того, MPI позволяет для неблокирующих операций формировать целые пакеты запросов на коммуникационные операции MPI_Send_init и MPI_Recv_init, которые запускаются функциями MPI_Start или MPI_Startall. Проверка на завершение выполнения производится обычными средствами с помощью функций семейства WAIT и TEST.
Приведем пример программы на использование неблокирующих коммуникационных операций.
Программа unblocking.c
#include "mpi.h"
#include <stdio.h>
int main(argc,argv)
int argc;
char *argv[]; {
int numtasks, rank, next, prev, buf[2], tag1=1, tag2=2;
MPI_Request reqs[4];
MPI_Status stats[2];
MPI_Init(&argc,&argv);
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &numtasks);
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
prev = rank-1;
next = rank+1;
if (rank == 0) prev = numtasks - 1;
if (rank == (numtasks - 1)) next = 0;
MPI_Irecv(&buf[0], 1, MPI_INT, prev, tag1, MPI_COMM_WORLD, &reqs[0]);
MPI_Irecv(&buf[1], 1, MPI_INT, next, tag2, MPI_COMM_WORLD, &reqs[1]);
MPI_Isend(&rank, 1, MPI_INT, prev, tag2, MPI_COMM_WORLD, &reqs[2]);
MPI_Isend(&rank, 1, MPI_INT, next, tag1, MPI_COMM_WORLD, &reqs[3]);
// { do some work }
MPI_Waitall(4, reqs, stats);
printf("rank=%d prev=%d next=%d\n",rank,buf[0],buf[1]);
MPI_Finalize();
}
Программа unblocking.f
program ringtopo
include 'mpif.h'
integer numtasks, rank, next, prev, buf(2), tag1, tag2, ierr
integer stats(MPI_STATUS_SIZE,2), reqs(4)
tag1 = 1
tag2 = 2
call MPI_INIT(ierr)
call MPI_COMM_RANK(MPI_COMM_WORLD, rank, ierr)
call MPI_COMM_SIZE(MPI_COMM_WORLD, numtasks, ierr)
prev = rank - 1
next = rank + 1
if (rank .eq. 0) then
prev = numtasks - 1
endif
if (rank .eq. numtasks - 1) then
next = 0
endif
call MPI_IRECV(buf(1), 1, MPI_INTEGER, prev, tag1,
& MPI_COMM_WORLD, reqs(1), ierr)
call MPI_IRECV(buf(2), 1, MPI_INTEGER, next, tag2,
& MPI_COMM_WORLD, reqs(2), ierr)
call MPI_ISEND(rank, 1, MPI_INTEGER, prev, tag2,
& MPI_COMM_WORLD, reqs(3), ierr)
call MPI_ISEND(rank, 1, MPI_INTEGER, next, tag1,
& MPI_COMM_WORLD, reqs(4), ierr)
C do some work
call MPI_WAITALL(4, reqs, stats, ierr);
write(*,10) rank, buf(1),buf(2)
10 format('rank = ', I2,' prev = ',I2, ' next = ', I2)
call MPI_FINALIZE(ierr)
end