MPI实现矩阵向量乘法

（1）问题

MPI实现矩阵向量：Ab的乘积。其中A：100行100列，b为列向量。

（2）思路

将所有进程分为两部分，rank=0的进程为master节点，其余进程为worker节点。

master节点：

（1）对A，b赋值，同时将b广播出去（这里涉及一个对广播这个函数不太熟悉的点）

（2）对A进行划分，使其被划分为worker数量的份数，并将相应数据发送给相应的工人节点

（3）接收工人节点的计算结果，并对收到的结果及进行一定的处理从而得到最终结果

worker节点：

（1）接受来自master的参数

（2）对接收到的数据进行计算

（3）将结果返回给master

（3）代码

main.cpp: 

#include 
#include "mpi.h"
#include "conf.h"
#include "masterMain.h"
#include "workerMain.h"
#include
 
using namespace std;
 
MPI_Status status;
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    int size, rank;
    MPI_Init(&argc, &argv);
    char message[20];
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);
 
    int a[ROW][COL];
    int b[COL], res[COL]; //A为参加运算的矩阵，B为参加运算的向量，result为结果
    masterMain mastermain;
    workerMain workerMain1;
    if (rank == MASTER) {
        cout<<"进程0"<
//        cout << "主进程开始对矩阵和向量初始化~" << endl;
        for (int i = 0; i < ROW; ++i) {
            for (int j = 0; j < COL; ++j) {
                a[i][j] = 1;
            }
            b[i] = 2;
        }
    }
    //广播必须在主进程之外吗？（这里不太理解！！！）
    MPI_Bcast(&b, COL, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
    if(rank==MASTER){
        mastermain.matrixMuliplication(a,b,ROW,COL,size,res,status);
    }else{
        workerMain1.workerRun(a,b,ROW,COL,status);
    }
 
    MPI_Finalize();
 
}

 masterMain.cpp

//
// Created by unbuntu-xcr on 22-10-15.
//
 
#include "masterMain.h"
#include "conf.h"
#include 
 
using namespace std;
 
void masterMain::masterRun() {
 
}
 
/**
 *
 * @param a 矩阵A
 * @param b 向量b
 * @param row A的行数
 * @param col A的列数
 * @param size 参与运算的所有进程数
 * @param rank 当前进程号
 */
void masterMain::matrixMuliplication(int a[][100], int *b, int row, int col, int size,int *res,MPI_Status status) {
    //master节点任务：首先是初始化矩阵，再分发矩阵，收集各个从节点返回的结果，并放到指定位置
    //（1）设置当前进程所需的行
    size = size - 1;
    int rowPerWorker;
    rowPerWorker = row / size;
    //master给每个进程传递数据的偏移量
    int offset = 0;
    cout << "主进程开始对数据进行分发~" << endl;
    for (int i = 1; i <= size; ++i) {
        rowPerWorker = (i <= row % size ? rowPerWorker + 1 : rowPerWorker);
        int count = row * rowPerWorker;
        //给从进程传递计算数据
        MPI_Send(&offset,1,MPI_INT,i,FROMMASTER,MPI_COMM_WORLD);
        MPI_Send(&rowPerWorker,1,MPI_INT,i,FROMMASTER,MPI_COMM_WORLD);
        MPI_Send(a[offset], count, MPI_INT, i, FROMMASTER, MPI_COMM_WORLD);
        offset+=rowPerWorker;
    }
 
    int result[rowPerWorker];
    //MASTER接收从进程发来的消息
    for (int i = 1; i <= size ; ++i) {
        int k=0;
        MPI_Recv(&offset,1,MPI_INT,i,FROMWORKER,MPI_COMM_WORLD,&status);
        MPI_Recv(&rowPerWorker,1,MPI_INT,i,FROMWORKER,MPI_COMM_WORLD,&status);
        MPI_Recv(result,rowPerWorker,MPI_INT,i,FROMWORKER,MPI_COMM_WORLD,&status);
        for (int j = offset; j <= offset+rowPerWorker ; ++j) {
            res[j]=result[k++];
        }
    }
 
    cout<<"矩阵向量乘结果为："<
    for (int i = 0; i < col; ++i) {
        cout<" ";
    }
 
}

 workerMain.cpp

//
// Created by unbuntu-xcr on 22-10-15.
//
 
#include "workerMain.h"
#include "conf.h"
 
void workerMain::workerRun(int a[][100], int *b, int row, int col,MPI_Status status) {
    //接收主进程传递的向量,相应矩阵，相应数据，并返回相应计算结果
    int offset;
    int rowPerWorker;
    //接收偏移量
    MPI_Recv(&offset,1,MPI_INT,MASTER,FROMMASTER,MPI_COMM_WORLD,&status);
    //接收行数
    MPI_Recv(&rowPerWorker,1,MPI_INT,MASTER,FROMMASTER,MPI_COMM_WORLD,&status);
    //接收矩阵A
    MPI_Recv(a,rowPerWorker*col,MPI_INT,MASTER,FROMMASTER,MPI_COMM_WORLD,&status);
 
    int result[rowPerWorker];
//    计算
    for (int i = 0; i < rowPerWorker; ++i) {
        result[i]=0;
        for (int j = 0; j < col; ++j) {
            result[i]+=a[i][j]*b[j];
        }
    }
 
    MPI_Send(&offset,1,MPI_INT,MASTER,FROMWORKER,MPI_COMM_WORLD);
    MPI_Send(&rowPerWorker,1,MPI_INT,MASTER,FROMWORKER,MPI_COMM_WORLD);
    MPI_Send(result,rowPerWorker,MPI_INT,MASTER,FROMWORKER,MPI_COMM_WORLD);
}

（4）总结

1）为什么要分这么多CPP文件来写？因为想熟悉c++在工程结构上的写法，所以要慢慢开始以这种写法来写

2）问题：mpi_bcast()函数放在master判断条件内为什么就不能将值广播出去？

3）注意：写的时候，先写master发送的，然后写worker接收相应的值，在其进行一定处理并发送给master后，再在master中写接受到相应值之后的操作，这样不至于逻辑混乱

4）还要注意：send和recv必须保持顺序一致，send谁在前，那么接收谁就在前，不然就会出错