Image Processing

В од­ной из преды­ду­щих ста­тей я по­дроб­но опи­сал про­цесс уста­нов­ки и на­строй­ки биб­лио­те­ки MPICH 2 (са­мой по­пу­ляр­ной от­кры­той реа­ли­за­ции MPI) в опе­ра­ци­он­ной си­сте­ме Windows, и по­лу­чил мно­же­ство от­зы­вов. К со­жа­ле­нию, лю­ди ча­сто жа­лу­ют­ся на про­бле­мы с на­строй­кой MPICH в этой опе­ра­ци­он­ной си­сте­ме, что не­уди­ви­тель­но: на про­тя­же­нии мно­гих лет Windows яв­ля­лась враж­деб­ной плат­фор­мой для на­уч­ных вы­чис­ле­ний и сво­бод­но­го про­граммно­го обес­пе­че­ния. По­это­му те­перь рас­смот­рим реа­ли­за­цию MPI от са­мой Microsoft.

Не­сколь­ко лет на­зад Microsoft осо­зна­ла своё от­ста­ва­ние в ни­ше вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ных вы­чис­ле­ний, и в 2006 го­ду вы­пу­сти­ла Windows Compute Cluster Server 2003, име­ю­щую на­бор до­пол­ни­тель­ных API-функ­ций для на­строй­ки и ра­бо­ты Windows-ма­ши­ны в ка­че­стве уз­ла вы­чис­ли­тель­но­го кла­сте­ра, а так­же соб­ствен­ную реа­ли­за­цию стан­дар­та MPI — MS MPI.

За­тем был со­здан Windows HPC Server 2008, имею­щий все ат­ри­бу­ты HPC-си­сте­мы, в част­но­сти:

• пря­мой до­ступ из вы­чис­ли­тель­ной про­грам­мы к се­те­во­му обо­ру­до­ва­нию;
• под­си­сте­му раз­вёр­ты­ва­ния и управ­ле­ния кла­сте­ром;
• ме­не­джер вы­чис­ли­тель­ных за­да­ний;
• под­держ­ку раз­лич­ных стан­дар­тов, при­ня­тых в ми­ре HPC;
• оче­ред­ную вер­сию MS MPI, о ко­то­рой мы и по­го­во­рим.

Что­бы опро­бо­вать MS MPI в дей­ствии, во­все не обя­за­тель­но раз­вёр­ты­вать кла­стер под управ­ле­ни­ем Windows HPC Server; до­ста­точ­но уста­но­вить се­бе не­боль­шой по объ­ё­му па­кет HPC Pack 2008 SDK, ко­то­рый ра­бо­та­ет под опе­ра­ци­он­ны­ми си­сте­ма­ми Windows Server 2003, Windows Server 2008, Windows Vista и Windows XP. Же­ла­тель­но иметь не­сколь­ко ком­пью­те­ров, со­еди­нён­ных ги­га­бит­ной се­тью, но сой­дёт и один ком­пью­тер с мно­го­ядер­ным про­цес­со­ром (очень не ре­ко­мен­дую ис­поль­зо­вать сеть Wi-Fi да­же для учеб­ных це­лей).

Уста­нов­ка HPC Pack 2008 SDK

Уста­нов­ка HPC Pack SDK по­хо­жа на уста­нов­ку дру­гих про­грамм­ных про­дук­тов Microsoft:

1. ска­чай­те 32-х бит­ную или 64-х бит­ную вер­сию, в со­от­вет­ствии с вер­си­ей ва­шей опе­ра­ци­он­ной си­сте­мы;
2. за­пу­сти­те ска­чан­ный ин­стал­ля­тор;
3. при­ми­те ли­цен­зи­он­ное со­гла­ше­ние;
4. на­жи­май­те кноп­ку «Next» до тех пор, по­ка она не пре­вра­тит­ся в кноп­ку «Finish»;
5. ска­чай­те Fix и уста­но­ви­те его то­же;

В от­ли­чие от MPICH, на­страи­вать HPC Pack 2008 SDK не нуж­но.

На­строй­ка Visual Studio

Те­перь нам нуж­но на­стро­ить Visual Studio для ра­бо­ты с вновь про­ин­стал­ли­ро­ван­ной биб­лио­те­кой. Ес­ли у вас за­пу­ще­на Visual Studio, то на вся­кий слу­чай пе­ре­за­пу­сти­те её по­сле уста­нов­ки HPC Pack SDK. На­жми­те Tools → Options, и до­бавь­те путь к за­го­ло­воч­ным фай­лам в Projects and Solutions → VC++ Directories → Show directories for: Include files. Пред­по­ла­га­ем, что вы уста­но­ви­ли HPC Pack SDK в стан­дарт­ное ме­сто:

Ри­су­нок 1. До­бав­ля­ем путь к за­го­ло­воч­ным фай­лам MS MPI

Ана­ло­гич­но до­бавь­те ди­рек­то­рию с биб­лио­теч­ны­ми фай­ла­ми. Ес­ли у вас 32-х бит­ная опе­ра­ци­он­ная си­сте­ма, то путь окан­чи­ва­ет­ся на i386, ес­ли же си­сте­ма 64-х бит­ная, то путь окан­чи­ва­ет­ся на amd64:

Ри­су­нок 2. До­бав­ля­ем путь к биб­лио­теч­ным фай­лам MS MPI

Со­зда­ние про­стей­шей про­грам­мы

Со­здай­те кон­соль­ный про­ект так, как по­ка­за­но на ри­сун­ках 2–4 в ста­тье об OpenMP. Бу­дем да­лее счи­тать, что вы за­да­ли имя про­ек­та «MpiTest». На­жми­те Project → MpiTest Options, и до­бавь­те msmpi.lib в спи­сок до­пол­ни­тель­ных фай­лов для ком­по­нов­ки:

Ри­су­нок 3. До­бав­ле­ние msmpi.lib к про­грам­ме

Вве­ди­те ис­ход­ный код про­грам­мы. Бу­дем вы­пол­нять те­сты на сле­дую­щем про­стей­шем ко­де:

На­жми­те Debug → Start Without Debugging. Ес­ли Visual Studio спро­сит вас, хо­ти­те ли от­ком­пи­ли­ро­вать про­грам­му, на­жми­те «Yes». По­сле это­го про­грам­ма от­ком­пи­ли­ру­ет­ся и за­пу­стит­ся. Ес­ли у вас вклю­чён брэнд­мау­эр, то он, воз­мож­но, спро­сит, хо­ти­те ли вы раз­ре­шить про­грам­ме MpiTest.exe до­ступ в сеть. На­жми­те «Раз­бло­ки­ро­вать». По­сле это­го вы долж­ны уви­деть на экра­не кон­соль­ное ок­но с ре­зуль­та­том ра­бо­ты:

Ри­су­нок 4. За­пуск од­но­го про­цес­са

За­пуск про­грам­мы на од­ном ком­пью­те­ре

Для за­пус­ка MPI-про­грамм в ком­плек­те MS MPI идут про­грам­мы mpiexec.exe и smpd.exe, путь к ко­то­рым при уста­нов­ке HPC Pack SDK до­ба­вил­ся в пе­ре­мен­ную окру­же­ния PATH. Это озна­ча­ет, что вы мо­же­те вы­зы­вать mpiexec.exe из ко­манд­ной стро­ки, на­хо­дясь в лю­бом ме­сте фай­ло­вой си­сте­мы.

Для за­пус­ка на­шей про­грам­мы на од­ном ком­пью­те­ре до­ста­точ­но толь­ко про­грам­мы mpiexec.exe. Она за­пу­стит тре­бу­е­мое чис­ло эк­зем­пля­ров MPI-про­грам­мы и снаб­дит их ин­фор­ма­ци­ей для свя­зи друг с дру­гом. За­пу­сти­те ко­манд­ную стро­ку (Пуск → Про­грам­мы → Стан­дарт­ные → Ко­манд­ная стро­ка), и пе­рей­ди­те в пап­ку с ис­пол­няе­мым фай­лом ва­шей про­грам­мы с по­мо­щью ко­ман­ды cd, за­тем за­пу­сти­те про­грам­му с по­мо­щью mpiexec:

Ри­су­нок 5. За­пуск пя­ти про­цес­сов на од­ном ком­пью­те­ре

Клю­чи -n 5 у про­грам­мы mpiexec го­во­рят о том, что нуж­но за­пу­стить 5 про­цес­сов на те­ку­щем ком­пью­те­ре. Спи­сок до­пу­сти­мых клю­чей мож­но по­лу­чить по ко­ман­де mpiexec -help2. Не удив­ляй­тесь, что со­об­ще­ния от про­цес­сов 1–4 пе­ре­ме­ша­ны: про­цес­сы во­все не обя­за­ны за­пус­кать­ся по оче­ре­ди и ра­бо­тать с оди­на­ко­вой ско­ро­стью.

За­пуск про­грам­мы на не­сколь­ких ком­пью­те­рах

[До­пи­шу поз­же...]

P.S.

Са­мая пол­ная ин­фор­ма­ция о со­зда­нии MPI-про­грамм на­хо­дит­ся в спе­цифи­ка­ции MPI. Ре­ко­мен­дую на­чать изу­че­ние с вер­сии 1.3.