MPI: 虚拟拓扑和近邻通信

Process Topologies & Neighborhood Communication

MPI通信域(Communicator)由进程组(Group of Processes)组成，进程组内进程从0开始按自然顺序依次被赋予唯一编号(rank),rank相当于本进程在组中的唯一身份(ID). MPI保证通信域内的任意进程对(i,j)之间，可以互相发送数据，整个进程内的所有进程组成一个连接图: 图中的顶点代表进程，顶点之间有边连接，所有的边是双通道的(即可发送数据，也可接收数据), 节点也可以给自身发送数据。

对于有些并行应用，自然的进程编号不是便利的，用户可以在已有的通信域上定义适合本身应用的进程之间链接关系(拓扑)：每个进程定义自己的上下游数据交换进程，计算中可以和这些上下游进程进行数据交换。

虚拟拓扑是定义在通讯域上的进程命名规则。MPI实现中用一个图(graph)表示进程之间的连接关系: 图的节点(node)代表进程，有方向的边(edge)代表节点之间的连接关系，节点和节点之间可有多条有向边，每条边附有权重。

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概念

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拓扑类型

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函数

• 生成函数

  函数	解释	备注
  MPI_CART_CREATE
  MPI_GRPAH_CREATE		每个进程提供一致的全局图信息:顶点、边，进程和进程之间可以有多条边存在
  MPI_DIST_GRAPH_CREATE_ADJACENT		定义本进程的上游(incoming,source)和下游(outgoing,dest)进程，可包含自身，每条边(edge)可定义权重
  MPI_DIST_GRAPH_CREATE		每个进程定义图的一部分信息，每条边定义权重,带权重的多边超图

• 查询函数

  函数	解释	备注

• 近邻collective通信(Neighborhood Communication on Process Topologies)

  函数	解释	备注
  MPI_NEIGHBOR_ALLGATHER
  MPI_NEIGHBOR_ALLGATHERV
  MPI_NEIGHBOR_ALLTOALL
  MPI_NEIGHBOR_ALLTOALLV
  MPI_NEIGHBOR_ALLTOALLW		允许发送接收不同数据类型(different datatypes)

  每个函数对应一个非阻塞版本(Nonblocking Neighborhood Communication),和长连接函数(Persistent Neighborhood Communication)

  
  
  
  
  

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参考资料

• MPI 4.0.x文档(MPICH)
• mpi40-report: 8 ProcessTopologies
• MPI 3.0 Neighbourhood Collectives
• MPI-3 学习笔记（三）：混合编程与邻居集合通信