MPICH2的介绍

MPICH2的介绍

MPICH2是MPI（Message-Passing Interface）的一个应用实现，支持最新的MPI-2接口标准，是用于并行运算的工具，在程序设计语言上支持C/C++和Fortran。

1、在window环境下安装

MPICH2的主页是(http://www-unix.mcs.anl.gov/mpi/mpich2/index.htm)，在这个页面上就能找到各平台最新版本MPICH2的下载地址，其中还包括源代码，我在开始作这个项目的时候最新版本是windows版mpich2-1.0.5p2，源代码mpich2-1.0.5p4。我们的项目是一个CentOS版linux下的程序，所以最终是要在linux下运行的，但是又舍不得windows，于是就打算可能的话就在windows下写程序，用MinGW加windows版的MPICH2编译调试，通过后再到wmware虚拟机组成的简单集群作测试。所以，为避免不必要的麻烦，就要统一一下windows和linux下的MPICH2版本，而且不打算用最新的，因此决定用mpich2- 1.0.5 版。但是，如果在主页上找的话是没有以前旧版本下载的链接的（至少我没找到），只有最新版本的http和ftp下载。这难不住我等有心之人，既然提供了ftp下载，那咱就直接到他ftp服务器上找，最新源代码链接的地址是ftp://ftp.mcs.anl.gov/pub/mpi/mpich2-1.0.5p4.tar.gz，把后面文件名去掉就应该是文件的ftp存放路径，把这个路径直接写到浏览器地址栏里回车（偶用的是FireFox2），就能看到他们服务器上这个目录的文件列表，里面就有1.0.5版的windows安装文件和源代码包，分别为ftp://ftp.mcs.anl.gov/pub/mpi/mpich2-1.0.5-win32-ia32.msi 和 ftp://ftp.mcs.anl.gov/pub/mpi/mpich2-1.0.5.tar.gz 。msi文件不用多说，这是windows下安装用的，源代码包我们拿来在linux下用。

还是主页上就有MPICH2的安装和使用指南文档，主要有三个，分别是User’s Guide，Installer’s Guide和Windows Developer’s Guide，都down下来看看很有用的说。具体开发用的有关MPI标准的文档在MPI论坛的网站里都有，地址是http://www.mpi-forum.org/，我觉得最有用的是MPI-2: Extensions to the Message-Passing Interface。

Windows下的安装配置

我用的参与计算的系统都是WindowsXP Pro SP2，安装的过程没什么太特别的，一般就是默认就可以，只是其中有个地方要填一个什么passphrase，上面提示说所有系统都要用相同的passphrase，照做就是了，在所有参与计算的结点机器上都填一样的passphrase就好了。另外就是需要.net framework 2的运行环境。

默认安装的位置是C:/Program Files/MPICH2，下面的bin目录下是系统配置运行需要的程序，为了方便在控制台使用，可以把C:/Program Files/MPICH2/bin加到系统的PATH变量中去。Include是头文件，开发的时候用，lib是链接程序的时候用的库文件。Jumpshot下有个pdf的文档，干什么用的可以看看这个文档，我没仔细看，感觉我暂时还用不上。Examples下面是一个样本程序，就是一个用MPI计算圆周率的程序，分别有C，C++和Fortran版，C/C++的应该可以用VS2003以上版本打开。同时，安装程序还会自动向系统注册一个服务MPICH2 Process Manager，我们从控制面板－管理工具－服务里就能找到，这是管理运行MPI程序的一个服务，安装好后就是自动启动的，所以一般也就不用动它。

安装完毕后开始菜单－程序中就添加了一个MPICH2目录，其中就有上面提到的Jumpshot，另外wmpiconfig.exe是用来配置运行环境的，我在网上有找到的说明都是以前旧版本的，和现在的差别比较大，感觉这新版本用的不爽，没搞明白这个程序该咋用，不过好像默认状态下不改什么就能正常使用，所以也就不管它了。wmpiregister.exe则是用来注册用户的，使用MPI之前需要在这个程序里注册一个系统里已经存在的用户，而且这个用户必需拥有管理员权限，拥有运行我们安装了的MPI系统的能力。比如我就在所有参与运算的机器上添加了一个管理员mpi，密码也是mpi。

接下来，我们就可以开始试着运行一下MPI的程序了。就用examples目录下面的那个计算 圆周率的程序。如果要多机并行计算的话，就需要在所有机器上的相同位置放置要运行的程序，我的情况就是在所有机器的C盘下建了一个mpiexe的目录，并把cpi.exe拷到所有机器的这个目录下。然后，在其中的某台机器上进入控制台（运行MPI程序其实也可以用开始菜单的MPICH2下的wmpiexec.exe，这是个gui程序，但是我觉得用的不爽，不如直接在控制台下敲命令来得灵活），敲下命令mpiexec -hosts 2 192.168.10.142 192.168. 0.23 c :/mpiexe/cpi.exe。mpiexec是安装目录下bin目录里的一个程序，在本文的例子中就是C:/Program Files/MPICH2/bin/mpiexec.exe，因为刚才说了，我把这个地址加入到PATH里了，所以可以在任何地方直接执行，它是用来启动MPI程序的，-hosts参数说明是启动多台机器并行运算，后面跟着的2就是说要在两台机器上执行程序，再后面的就是那两台机器的ip地址，其中第一个就是我启动程序的机器，当然，这个地方也可以写机器名，只要它的机器名能被正常的解析就可以，最后面的就是要运行的程序，也就是刚才提到的所有机器都要在相同位置放置的那个MPI程序。如果只是在本机运行，则命令为mpiexec –n 2 cpi.exe，­-n表示是在本地运行，后面的2表示启动的进程数。程序运行后就会提示让你输入一个数字intervals，这个数字影响计算的精度，值越大精度越高，当然计算时间就越长了，然后程序会打印出计算的结果和花费的时间。

比如，我使用单机单进程运行，intervals设为99999999，耗时1.253849秒，而用两台机器双进程则只有0.628954秒，明显快很多，并行运算还是很有效果的。不过，如果我们把intervals改为9999，单机运行只用了0.000279秒，而两台机器却花了0.001548秒，这是因为并行运算过程中，参与运算的机器需要通过网络传递一些消息，如果计算量不大的话，花在了这上面的时间影响会比较明显，因而反不如单机版的来得快。

到现在我们的MPI运行环境就基本安装好了，当然，MPI还有很多其他的命令参数，只不过最常用估计也就这两条了，其他的用得着的时候就去查上面提到的文档，里面有比较详细的介绍。另外，如果按照以上的介绍进行安装配置，在运行多机并行MPI程序的时候却出现连接错误的话，八成是因为网络的问题，看看你的防火墙是不是开着，打开相应的端口，或者干脆关掉防火墙就好了。

2、在Linux环境下安装

Linux下的安装配置和单机运行

Linux下的操作要相对来说麻烦一点，这个麻烦从安装开始，呵呵。我用的系统是CentOS4.4，装在VMware Workstation里的，一共装了两个虚拟机，环境基本上完全一样。为运行MPI在两台虚拟机都创建了一个用户mpi，密码也是mpi，home路径也都是/home/mpi，然后继续都创建了一个目录/home/mpi/mpich2用来作MPI运行环境的安装路径，一个/home/mpi/mpich2/src来存放编译用的源代码。然后将源代码包mpich2- 1.0.5 .tar.gz下载到两台机器上，都解压缩到/home/mpi/mpich2/src中，然后到/home/mpi/mpich2/src下，指定安装路径,

./configure -prefix=/home/mpi/mpich2

make

make install

几分钟后安装完毕。需要提一下的是，我曾经试着用root用户来安装MPICH2，但是安装后好重启系统就出了问题，所以建议还是另外建个用户来装吧（ubuntu干脆就把root给禁了，不让你直接用root）。

   安装后/home/mpi/mpich2下多出来一些目录和文件，要比windows多，lib是库文件，include是头文件，bin还是程序文件，所以还是要写到环境变量里，可以用命令export PATH /home/mpi/mpich2/bin:$PATH，但我是用root用户直接在/etc/profile最后面加了这么一句export PATH=/home/mpi/mpich2/bin:$PATH，一劳永逸。

   MPI应用一个管理器来管理运行MPI程序，这个管理器就是mpd，但是在正式开始运行mpd前还需要一个基于安全考虑的配置文件，.mpd.conf，这个文件是要放在运行程序的用户的home目录下，本例子中就是/home/mpi/.mpd.conf，而且这个文件只能由这个用户读写，创建文件的命令是，

cd $HOME

touch .mpd.conf

chmod 600 .mpd.conf

然后在文件中写入这么一行，secretword=***，***在参与计算的计算机上必需完全一致。如果是root用户的话，这个文件应该是/etc/mpf.conf。

   然后，我们就可以启动mpd管理器了，直接在控制台下使用mpd命令，或者是mpd &，让mpd在后台运行，若关闭启动的mpd，只需要命令mpdallexit即可。在启动mpd之后就可以运行MPI应用程序了，执行命令与windows下类似，如我们仍然是测试一下examples里的cpi程序可以这样来作，

cd ~/mpich2/examples

mpiexec -n 1 ./ cpi

参数含义同windows下的单机运行命令。另外，启动mpd后还可以用命令mpdtrace来察看当前运行的mpd情况。

SSH配置和多机并行

MPI的多机并行是用mpdboot来管理启动的，是由参与计算的其中一台机器通过mpdboot同时启动其他机器上的mpd管理器并运行相应MPI程序的，所以，需要赋予运行mpdboot的机器执行其他机器上程序的能力。MPICH2支持通过ssh和rsh来做到这一点，其中ssh是默认的，而且其安全性也优于rsh，因此，我在项目中是用的ssh。

   首先，我们需要修改所有机器上的/etc/hosts文件，在里面添加上参与计算的机器名和ip地址，比如本文中有两台机器参加的例子里，hosts文件应当为：

127.0.0.1 localhost.localdomain localhost

192.168.10.142 node0

192.168.10.23 node1

这里的意思是说，主机名为node0的机器ip地址为192.168.10.142，主机名为node1的机器ip地址为192.168.10.23。

当然，其实这一步也可以跳过，因为我们也可以在操作过程中直接使用ip地址，只不过那样不太方便。另外就是，有些机器默认情况下第一行可能包括本机的主机名，比如在ip为192.168.10.142的node0上，hosts文件第一行是

127.0.0.1 localhost.localdomain localhost node0

这样可能会使得mpdboot工作不正常，所以还是最好给成上面的那种形式。

   第二步是创建ssh密钥，命令行下：

#ssh-keygen -t rsa

-t rsa指的是密钥类型，具体请察看ssh相关资料，这里不多说。这样就在当前用户的home目录下生成了一个.ssh目录，本文中的就是/home/mpi/.ssh。

   第三步，将/home/mpi/.ssh下的id_rsa.pub文件拷贝改名为authorized_keys，即

#cp id_rsa.pub authorized_keys

   第四步，在其他所有机器上进行以下操作。

#ssh-keygen -t rsa 生成.ssh文件夹

#scp node0的IP:/home/mpi/.ssh/* ~/.ssh 拷贝node0上的.ssh文件夹覆盖本地的

   第五步，在所有机器上建立与自己和所有其他机器的信任连接。

对每个节点执行：

#ssh node0

#ssh node1

根据提示键入yes即可。然后就可以在不需要用户名密码的情况下通过ssh登陆其他机器了，比如在node0上#ssh node1，

就可以直接进入node1。

   接下来，在启动mpdboot的机器上创建一个参与计算的host列表文件，如文件mpd.hosts，每行是一个主机名，创建过程如

#cd ~

#touch mpd.hosts

#vi mpd.hosts

nod0

node1
现在，就可以启动运算集群了

#mpdboot -n 2 -f mpd.hosts

-n表示要启动的机器个数，一般是不大于mpd.hosts文件中的机器数，比如本文中的例子就是两台机器。这样，列表中的机器就会启动其本机上的mpd管理器。

然后，就可以开始运行MPI程序，进行运算了，同windows下一样，程序需要放在每台机器上的相同位置（如果用NFS就只需在一台机器上放置程序，其他机器作映射就行），比如都是程序/home/mpi/mpich2/examples/cpi，在运行mpdboot 的结点机器上：

#mpiexec -n 2 /home/mpi/mpich2/examples/cpi

-n表示要启动的进程个数，一般是不大于mpd.hosts文件中的机器数（或者cpu核心数？偶用的机器就是双核的了，所以单机的时候双进程比单进程效率好很多，但是三进程就不行）。

Mpd在运行过程中，可以通过mpdtrace显示参与计算的机器名，mpdtrace –l则是显示机器名以及其端口。

https://blog.csdn.net/cleverysm/article/details/1638651