[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：

1. #include<stdio.h>
   
2. #include<mpi.h>
   
3. #include<stdlib.h>
   
4. #include<math.h>
   
5. #include<time.h>
   
6. 
   
7. int main(int argc,char*argv[])
   
8. {
   
9.     int rank,numProcs;//进程的有关变量
   
10.     MPI_Status status;
    
11.     int n = 100,l = 200,m = 100;//定义A,B矩阵的行和列
    
12.     int lineSize = 0;//记录矩阵A分配到每个进程的行数（一个块）
    
13.     double *B = (double *)malloc(sizeof(double) * l * m);//矩阵B
    
14.     double *ABuffer = (double *)malloc(sizeof(double) * lineSize * l);//A的发送与接受块
    
15.     double *CRecv = (double *)malloc(sizeof(double) * lineSize * m);//C的发送与接受块
    
16.     MPI_Init(&argc,&argv);
    
17.     MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank);
    
18.     MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&numProcs);
    
19.     lineSize = floor((double)n / (numProcs-1));
    
20.     if(0 == rank){
    
21.         double *A = (double *)malloc(sizeof(double) * n * l);//矩阵A
    
22.         double *C = (double *)malloc(sizeof(double) * n * m);//矩阵B
    
23. 
    
24.         //创建A，B数据
    
25.         srand(time(NULL));
    
26.         for(int i = 0 ; i < n ;i++)
    
27.             for(int j = 0;j < l;j++)
    
28.                 A[i * l + j] = rand() % 6;
    
29.         for(int i = 0 ; i < l ;i++)
    
30.             for(int j = 0;j < m;j++)
    
31.                 B[i * m + j] = rand() % 6;
    
32.         
    
33.         //以块分发A
    
34.         int ASendBegin = 0;
    
35.         for(int id = 1;id < numProcs;id++){
    
36.             for(int i = 0;i < lineSize * l;i++)
    
37.                 ABuffer[i] = A[ASendBegin + i];
    
38.             MPI_Send(ABuffer,lineSize * l,MPI_DOUBLE,id,2,MPI_COMM_WORLD);
    
39.             ASendBegin += lineSize * l;
    
40.         }
    
41.         
    
42.         //整体分发B
    
43.         for(int id = 1; id < numProcs;id++)
    
44.             MPI_Send(B,6,MPI_DOUBLE,id,1,MPI_COMM_WORLD);
    
45. 
    
46.         //接受数据并且拼接数据
    
47.         int CBegin = 0;
    
48.         for(int id = 1;id < numProcs;id++){
    
49.             MPI_Recv(CRecv,lineSize*m,MPI_DOUBLE,id,3,MPI_COMM_WORLD,&status);
    
50.             //填数
    
51.             for(int i = 0 ; i < lineSize * m ;i++){
    
52.                 C[CBegin++] = CRecv[i];
    
53.             }
    
54.         }
    
55.         
    
56.         //对A剩余数据进行处理
    
57.         while(ASendBegin < n * l){
    
58.             double *t = (double *)malloc(sizeof(double) * l);
    
59.             for(int i = 0;i < l;i++){
    
60.                 t[i] = A[ASendBegin + i];
    
61.             }
    
62.             //comput
    
63.             for(int j = 0 ; j < m;j++){
    
64.                 for(int k = 0;k < l;k++){
    
65.                     C[CBegin] += t[k]* B[k*m + j];
    
66.                 }
    
67.                 CBegin++;
    
68.             }
    
69.             
    
70.             ASendBegin += l;
    
71.             free(t);
    
72.         }
    
73.         
    
74.         printf("rank is %d\n",rank);
    
75.         //打印A矩阵数据
    
76.         printf("A矩阵如下:\n");
    
77.         for(int i = 0 ; i < n ;i ++){
    
78.             for(int j = 0 ; j < l;j++)
    
79.                 printf("%lf ",A[i * l + j]);
    
80.             printf("\n");
    
81.         }
    
82.         //printf("\n");
    
83. 
    
84.         //打印B矩阵
    
85.         printf("B矩阵如下\n");
    
86.         for(int i = 0 ; i < l ;i ++){
    
87.             for(int j = 0 ; j < m;j++)
    
88.                 printf("%lf ",B[i * m + j]);
    
89.             printf("\n");
    
90.         }
    
91.         //printf("\n");
    
92.         
    
93.         //打印C矩阵
    
94.         printf("C矩阵如下\n");
    
95.         for(int i = 0 ; i < n ;i ++){
    
96.             for(int j = 0 ; j < m;j++)
    
97.                 printf("%lf ",C[i * m + j]);
    
98.             printf("\n");
    
99.         }
    
100.         printf("\n");
     
101.         
     
102.         //释放申请空间
     
103.         //free(A);free(C);
     
104. 
     
105.     }else{
     
106.         //接受B矩阵数组
     
107.         MPI_Recv(B,l * m,MPI_DOUBLE,0,1,MPI_COMM_WORLD,&status);
     
108.         //接受A块数据
     
109.         MPI_Recv(ABuffer,lineSize * l,MPI_DOUBLE,0,2,MPI_COMM_WORLD,&status);
     
110.         //进行CRecv的初始化
     
111.         for(int i = 0;i < lineSize * m;i++)
     
112.             CRecv[i] = 0;
     
113. 
     
114.         //计算矩阵乘法结果
     
115.         for(int i = 0;i < lineSize;i++){
     
116.             for(int j = 0 ; j < m ;j++){
     
117.                 for(int k = 0 ; k < l ;k++){
     
118.                     CRecv[i * m + j] += ABuffer[i * l + k] * B[k * m + j];
     
119.                 }
     
120.             }
     
121.         }
     
122. 
     
123.         //结果发送给主进程
     
124.         MPI_Send(CRecv,lineSize * m,MPI_DOUBLE,0,3,MPI_COMM_WORLD);
     
125.         
     
126.     }
     
127.     MPI_Finalize();
     
128.     return 0;
     
129. }

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