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\chapter{MPI}
\index{MPI|(}

Message Passing Interface (kurz: MPI) ist ein Standard, 
der den Nachrichtenaustausch bei parallelen Berechnungen auf 
verteilten Computersystemen beschreibt.

\section{Erste Schritte}
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4, frame=lines, label=hello-world.c]{c}{scripts/mpi/hello-world.c}

Das wird \texttt{mpicc hello-world.c} kompiliert.\\
Mit \texttt{mpirun -np 14 scripts/mpi/a.out} werden 14 Kopien des Programms
gestartet.

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\section{Funktionen}
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/comm-size.c}\xindex{MPI\_Comm\_size}%
Liefert die Größe des angegebenen Kommunikators; dh. die Anzahl der Prozesse in der Gruppe.

\textbf{Parameter}
\begin{itemize}
    \item \textbf{comm}: Kommunikator (handle)
    \item \textbf{size}: Anzahl der Prozesse in der Gruppe von \texttt{comm}
\end{itemize}

\textbf{Beispiel}
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/comm-size-example.c}
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\rule{\textwidth}{0.4pt}\xindex{MPI\_Comm\_rank}%
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/comm-rank.c}
Bestimmt den Rang des rufenden Prozesses innerhalb des Kommunikators.

Der Rang wird von MPI zum Identifizieren eines Prozesses verwendet. Die Rangnummer ist innerhalb eines Kommunikators eindeutig. Dabei wird stets von Null beginnend durchnumeriert. Sender und Empfänger bei Sendeoperationen oder die Wurzel bei kollektiven Operationen werden immer mittels Rang angegeben.

\textbf{Parameter}
\begin{itemize}
    \item \textbf{comm}: Kommunikator (handle)
    \item \textbf{rank}: Rang des rufenden Prozesses innerhalb von \texttt{comm}
\end{itemize}

\textbf{Beispiel}
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/comm-rank-example.c}
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\rule{\textwidth}{0.4pt}\xindex{MPI\_Send}%
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/mpi-send.c}
Senden einer Nachricht an einen anderen Prozeß innerhalb eines Kommunikators. (Standard-Send)

\textbf{Parameter}
\begin{itemize}
    \item \textbf{buf}: Anfangsadresse des Sendepuffers 
    \item \textbf{count}: Anzahl der Elemente des Sendepuffers (nichtnegativ) 
    \item \textbf{datatype}: Typ der Elemente des Sendepuffers (handle)
    \item \textbf{dest}: Rang des Empfängerprozesses in comm (integer)
    \item \textbf{tag}: message tag zur Unterscheidung verschiedener Nachrichten; 
Ein Kommunikationsvorgang wird durch ein Tripel (Sender, Empfänger, tag) eindeutig beschrieben. 
    \item \textbf{comm}: Kommunikator (handle)
\end{itemize}

\textbf{Beispiel}
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/mpi-send-example.c}
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\rule{\textwidth}{0.4pt}\xindex{MPI\_Recv}%
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/mpi-receive.c}
Empfangen einer Nachricht (blockierend) 

\textbf{Parameter}
\begin{itemize}
    \item \textbf{buf}: Anfangsadresse des Empfangspuffers
    \item \textbf{status}: Status, welcher source und tag angibt (\texttt{MPI\_Status}) 
    \item \textbf{count}: Anzahl der Elemente im Empfangspuffer (nichtnegativ)
    \item \textbf{datatype}: Typ der zu empfangenden Elemente (handle)
    \item \textbf{source}: Rang des Senderprozesses in comm oder \texttt{MPI\_ANY\_SOURCE}
    \item \textbf{tag}: message tag zur Unterscheidung verschiedener Nachrichten
                  Ein Kommunikationsvorgang wird durch ein Tripel (Sender, Empfänger, tag) eindeutig beschrieben. Um Nachrichten mit beliebigen tags zu empfangen, benutzt man die Konstante \texttt{MPI\_ANY\_TAG}.
    \item \textbf{comm}: Kommunikator (handle) 
\end{itemize}

\textbf{Beispiel}
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/mpi-receive-example.c}
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\rule{\textwidth}{0.4pt}\xindex{MPI\_Reduce}%
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/mpi-reduce.c}
Führt eine globale Operation \textbf{op} aus; der Prozeß \enquote{root} erhält das Resultat.

\textbf{Parameter}
\begin{itemize}
    \item \textbf{sendbuf}: Startadresse des Sendepuffers
    \item \textbf{count}: Anzahl der Elemente im Sendepuffer
    \item \textbf{datatype}: Datentyp der Elemente von \texttt{sendbuf}
    \item \textbf{op}: auszuführende Operation (handle)
    \item \textbf{root}: Rang des Root-Prozesses in comm, der das Ergebnis haben soll
    \item \textbf{comm}: Kommunikator (handle)
\end{itemize}
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\rule{\textwidth}{0.4pt}\xindex{MPI\_Bcast}%
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/mpi-bcast.c}
Sendet eine Nachricht vom Prozess \texttt{root} an alle anderen Prozesse des 
angegebenen Kommunikators.

\textbf{Parameter}
\begin{itemize}
    \item \textbf{buffer}: Startadresse des Datenpuffers 
    \item \textbf{count}: Anzahl der Elemente im Puffer
    \item \textbf{datatype}: Datentyp der Pufferelemente (handle) 
    \item \textbf{root}: Wurzelprozeß; der, welcher sendet
    \item \textbf{comm}: Kommunikator (handle)
\end{itemize}
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\rule{\textwidth}{0.4pt}\xindex{MPI\_Scatter}%
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/mpi-scatter.c}
Verteilt Daten vom Prozess \texttt{root} unter alle anderen Prozesse in der Gruppe, so daß, soweit möglich, alle Prozesse gleich große Anteile erhalten.

\textbf{Parameter}
\begin{itemize}
    \item \textbf{sendbuf}: Anfangsadresse des Sendepuffers (Wert ist lediglich für 'root' signifikant) 
    \item \textbf{sendcount}: Anzahl der Elemente, die jeder Prozeß geschickt bekommen soll (integer) 
    \item \textbf{sendtype}: Datentyp der Elemente in sendbuf (handle) 
    \item \textbf{recvcount}: Anzahl der Elemente im Empfangspuffer. Meist ist es günstig, recvcount = sendcount zu wählen. 
    \item \textbf{recvtype}: Datentyp der Elemente des Empfangspuffers (handle) 
    \item \textbf{root}: Rang des Prozesses in comm, der die Daten versendet
    \item \textbf{comm}: Kommunikator (handle)
\end{itemize}

\textbf{Beispiel}
\inputminted[numbersep=5pt, tabsize=4]{c}{scripts/mpi/mpi-reduce-example.c}

\section{Beispiele}
\section{Weitere Informationen}
\begin{itemize}
    \item \url{http://mpitutorial.com/}
    \item \url{http://www.open-mpi.org/}
    \item \url{http://www.tu-chemnitz.de/informatik/RA/projects/mpihelp/}
\end{itemize}

\index{MPI|)}