Камерон Хьюз - Параллельное и распределенное программирование на С++

Взаимоотношения и функциональность классов, показанных на рис. 9.3, можно использовать как своего рода образец для проектирования класса mpi_streams. И хотя проектирование потоковых MPI-классов требует больше предварительной работы по сравнению с непосредственны м использование м функций MPI_Recv () HMPI_Send(), в целом оно делает MPI-разработку значительно проще. А если программы с параллельной обработкой можно упростить, это нужно сделать обязательно. Уменьшение сложности программ — весьма достойнал цель для программиста. Здесь мы представляем лишь каркас класса mpi_stream.Но этого вполне достаточно для получения понятия о конструкции потокового MPI-класса. После разработки класса mpi_streamможно приступать к упрощению организации взаимодействия между MPI-задачами в большинстве MPI-программ. Листинг 9.6 содержит фрагмент из объявления класса mpi_stream.

// Листинг 9.6. Фрагмент объявления

// класса mpi_stream

class mpios{ protected:

int Rank;

int Tag;

MPI_Comm Comm;

MPI_Status Status;

int BufferCount;

//.- . public:

int tag(void);

//...

}

class mpi_stream public mpios{ protected:

mpi_buffer Buffer;

//.. .

public: //.. .

mpi_stream(void) ;

mpi_stream(int R,int T,MPI_Comm С);

void rank(int R);

void tag(int T);

void comm(MPI_Comm С);

mpi_stream &operator<<(int X);

mpi_stream &operator<<(float X);

mpi_stream &operator<<(string X);

mpi_stream &operator<<(vector &X);

mpi_stream &operator<<(vector &X),

mpi_stream &operator<<(vector &X);

mpi_stream &operator<<(vector &X);

mpi_stream &operator>>(int &X);

mpi_stream &operator>>(float &X);

mpi_stream &operator>>(string &X);

mpi_stream &operator>>(vector &X);

mpi_stream &operator>>(vector &X);

mpi_stream &operator>>(vector &X);

mpi_stream &operator>>(vector &X);

//. . .

};

Для того чтобы сократить описание, мы объединили классы impi_stream и ompi_stream в единый класс mpi_stream. И точно так же, как классы istreamи ostream перегружают операторы "<<" и ">>", мы обеспечим их перегрузку в классе mpi_stream.В листинге 9.7 показано, как можно определить эти перегруженные операторы:

// Листинг 9.7. Определение операторов и **»*

//. . .

mpi_stream &operator<<(string X) {

MPI_Send(const_cast(X.data()),X.size(),

MPI__CHAR, Rank, Tag, Comm) ; return(*this);

}

// Упрощенное управление буфером, mpi_stream &operator<<(vector &X) {

long *Buffer;

Buffer = new long[X.size()]; copy(X.begin(),X.end(),Buffer);

MPI_Send(Buffer,X.size(),MPI_LONG,Rank,Tag,Comm); delete Buffer; return(*this);

}

// Упрощенное управление буфером, mpi_stream &operator>>(string &X) {

char Buffer[10000];

MPI_Recv(Buffer,10000,MPI_CHAR,Rank,Tag,Comm, &Status); MPI_Get_count(&Status,MPI_CHAR,&BufferCount); X.append(Buffer); return(*this);

}

Назначение класса mpiosв листинге 9.7 такое же, как у класса iosв семействе классов iostream,а именно: поддерживать состояние класса mpi_stream.Все типы данных, которые должны использоваться в ваших MPI-приложениях, должны иметь операторы "<<" и ">>", перегруженные с учетом каждого типа данных. Здесь мы продемонстрируем несколько простых перегруженных операторов. В каждом случае мыпредставляем упро щ енный вариант управления буфером. На практике необходимо прелусмотреть обработку исключений (на базе шаблонных классов) и распределение памяти (на базе классов-распределителей ресурсов). В листинге 9.7 обратите внимание на то, что класс mpiosсодержит коммуникатор, статус класса mpi_stream,номер буфера и значение ранга или тега (это — лишь одна из возможных конфигураций класса mpi_stream—существует множество других). После того как класс mpi_streamопределен, его можно использовать в любой MPI-программе. Взаимодействие между MPI-задачами может быть организовано следую щ им образом.

//. . .

int X; float Y;

vector Z;

mpi_s tream S tream (Rank, Tag, MPI_WORLD_COMM) ;

Stream « X << Z; Stream << Y;

//...

Stream >> Z;

Такой подход позволяет программисту, поддерживал потоковое пре д ставление, упростить МРТко д. Безусловно, в опре д еление операторов "<<" и ">>" необходимо включить соответствующую проверку ошибок и обработку исключительных ситуаций.

Реализация SPMD- и MPMD-моделей параллелизма во многом выигрывает от использования шаблонов и механизма полиморфизма. Несмотря на то что MPT интерфейс включает средства динамического С++-связывания, в нем не используются преимущества методов объектно-ориентированного программирования. Это создает определенные трудности для разработчиков, использующих стандарт MPI. Для упрощения MPMD-программирования можно успешно использовать такие свойства объ-ектноориентированного программирования, как наследование и полиморфизм. Параметризованное программирование, которое поддерживается с помощью C++-шаблонов, позволяет упростить SPMD-программирование MPI-задач. Разделение работы программы между объектами — это естественный способ реализовать параллелизм в приложении. Для того чтобы облегчить взаимодействие между группами объектов, характеризующимися различной степенью ответственности за выполняемую работу, семейства объектов в MPI-приложении можно связать с коммуникаторами. Для поддержки потокового представления используется перегрузка операторов. Применение методов объектно-ориентированного и параметризованного программирования в рамках одного и того же MPI-приложения является воплощением муль-типарадигматического подхода, который упрощает код и во многих случалх уменьшает его объем. Тем самым упрощается отладка программ, их тестирование и поддержка. МРТзадачи, реализованные с помощью шаблонных функций, характеризуются более высокой надежностью при использовании различных типов данных, чем отдельно определенные функции с последующим обязательным выполнением операции приведения типа.