[高性能并行计算]用MPI编写矩阵乘法

DAY

前言
本人初涉高性能并行计算，知识水平有限，不喜勿喷
具体实现思路:
实现的主要思路
第一点：创建A,B,C矩阵，其中A，B，C是以一维数组存储二维矩阵数据。
第二点:把A矩阵按照除去主进程(0)以外进程个数切割数据块(用floor取一共分得得块数下线整数)
第三点:把B矩阵分发到所有矩阵中，把A以块得形式分发到其他进程中
第四点:其他进程接受数据并且进行计算，然后把计算结果传回主进程(0)中。
第五点:主线程回收其它进程的计算结果把数据依次存储下来
第六点:处理A矩阵中还没由分发到其他进程得数据。
其中有几个难点:一，MPI数据分发与接受。二，一维数组下标转化为二维数组下标-极易出错。三是，矩阵得乘法代码与一维数组下标得结合以及运算。
代码实现：

#include<stdio.h>
#include<mpi.h>
#include<stdlib.h>
#include<math.h>
#include<time.h>

int main(int argc,char*argv[])
{
    int rank,numProcs;//进程的有关变量
    MPI_Status status;
    int n = 100,l = 200,m = 100;//定义A,B矩阵的行和列
    int lineSize = 0;//记录矩阵A分配到每个进程的行数（一个块）
    double *B = (double *)malloc(sizeof(double) * l * m);//矩阵B
    double *ABuffer = (double *)malloc(sizeof(double) * lineSize * l);//A的发送与接受块
    double *CRecv = (double *)malloc(sizeof(double) * lineSize * m);//C的发送与接受块
    MPI_Init(&argc,&argv);
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank);
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&numProcs);
    lineSize = floor((double)n / (numProcs-1));
    if(0 == rank){
        double *A = (double *)malloc(sizeof(double) * n * l);//矩阵A
        double *C = (double *)malloc(sizeof(double) * n * m);//矩阵B

        //创建A，B数据
        srand(time(NULL));
        for(int i = 0 ; i < n ;i++)
            for(int j = 0;j < l;j++)
                A[i * l + j] = rand() % 6;
        for(int i = 0 ; i < l ;i++)
            for(int j = 0;j < m;j++)
                B[i * m + j] = rand() % 6;
        
        //以块分发A
        int ASendBegin = 0;
        for(int id = 1;id < numProcs;id++){
            for(int i = 0;i < lineSize * l;i++)
                ABuffer[i] = A[ASendBegin + i];
            MPI_Send(ABuffer,lineSize * l,MPI_DOUBLE,id,2,MPI_COMM_WORLD);
            ASendBegin += lineSize * l;
        }
        
        //整体分发B
        for(int id = 1; id < numProcs;id++)
            MPI_Send(B,6,MPI_DOUBLE,id,1,MPI_COMM_WORLD);

        //接受数据并且拼接数据
        int CBegin = 0;
        for(int id = 1;id < numProcs;id++){
            MPI_Recv(CRecv,lineSize*m,MPI_DOUBLE,id,3,MPI_COMM_WORLD,&status);
            //填数
            for(int i = 0 ; i < lineSize * m ;i++){
                C[CBegin++] = CRecv[i];
            }
        }
        
        //对A剩余数据进行处理
        while(ASendBegin < n * l){
            double *t = (double *)malloc(sizeof(double) * l);
            for(int i = 0;i < l;i++){
                t[i] = A[ASendBegin + i];
            }
            //comput
            for(int j = 0 ; j < m;j++){
                for(int k = 0;k < l;k++){
                    C[CBegin] += t[k]* B[k*m + j];
                }
                CBegin++;
            }
            
            ASendBegin += l;
            free(t);
        }
        
        printf("rank is %d\n",rank);
        //打印A矩阵数据
        printf("A矩阵如下:\n");
        for(int i = 0 ; i < n ;i ++){
            for(int j = 0 ; j < l;j++)
                printf("%lf ",A[i * l + j]);
            printf("\n");
        }
        //printf("\n");

        //打印B矩阵
        printf("B矩阵如下\n");
        for(int i = 0 ; i < l ;i ++){
            for(int j = 0 ; j < m;j++)
                printf("%lf ",B[i * m + j]);
            printf("\n");
        }
        //printf("\n");
        
        //打印C矩阵
        printf("C矩阵如下\n");
        for(int i = 0 ; i < n ;i ++){
            for(int j = 0 ; j < m;j++)
                printf("%lf ",C[i * m + j]);
            printf("\n");
        }
        printf("\n");
        
        //释放申请空间
        //free(A);free(C);

    }else{
        //接受B矩阵数组
        MPI_Recv(B,l * m,MPI_DOUBLE,0,1,MPI_COMM_WORLD,&status);
        //接受A块数据
        MPI_Recv(ABuffer,lineSize * l,MPI_DOUBLE,0,2,MPI_COMM_WORLD,&status);
        //进行CRecv的初始化
        for(int i = 0;i < lineSize * m;i++)
            CRecv[i] = 0;

        //计算矩阵乘法结果
        for(int i = 0;i < lineSize;i++){
            for(int j = 0 ; j < m ;j++){
                for(int k = 0 ; k < l ;k++){
                    CRecv[i * m + j] += ABuffer[i * l + k] * B[k * m + j];
                }
            }
        }

        //结果发送给主进程
        MPI_Send(CRecv,lineSize * m,MPI_DOUBLE,0,3,MPI_COMM_WORLD);
        
    }
    MPI_Finalize();
    return 0;
}

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