国科大-高性能计算编程-作业六

作业题目

提交内容一：编译运行代码、执行算例、统计运行时间并绘制加速比曲线

GhostExchange3D_ArrayAssign

创建并进入build文件夹，执行cmake ..及make来编译可执行文件
运行算例一mpirun -np 1 ./GhostExchange -x 1 -y 1 -z 1
运行算例二mpirun -np 4 ./GhostExchange -x 1 -y 2 -z 2
运行算例三mpirun -np 8 ./GhostExchange -x 2 -y 2 -z 2
数据统计

thread_num	stencil	boundary condition	ghost cell	total
1	5.431515	0.790956	0.047246	6.325972
4	0.890351	0.142488	0.553822	1.605789
8	0.533962	0.075818	0.599633	1.219806

CartExchange3D_Neighbor

创建并进入build文件夹，执行cmake ..及make来编译可执行文件
运行算例一mpirun -np 1 ./CartExchange -x 1 -y 1 -z 1
运行算例二mpirun -np 4 ./CartExchange -x 1 -y 2 -z 2
运行算例三mpirun -np 8 ./CartExchange -x 2 -y 2 -z 2
数据统计

thread_num	stencil	boundary condition	ghost cell	total
1	5.490287	0.790111	0.000984	6.337239
4	0.882329	0.148143	0.502601	1.548727
8	0.405536	0.047157	0.486865	0.947385

加速比曲线绘制

曲线绘制代码

import matplotlib.pyplot as plt

# 时间数据（秒）
times = {
    1: 6.325972,
    4: 1.605789,
    8: 1.219806
}

# 计算加速比
speedup = {n: times[1] / t for n, t in times.items()}

# 绘制加速比曲线
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(list(speedup.keys()), list(speedup.values()), marker='o', linestyle='-', color='b')

# 添加图表标题和标签
plt.title('Speedup Curve')
plt.xlabel('Number of Processes')
plt.ylabel('Speedup')
plt.grid(True)

# 显示图表
plt.show()

GhostExchange3D_ArrayAssign

CartExchange3D_Neighbor

提交内容二：说明代码中MPI函数的功能

MPI_Init

它初始化MPI库，并建立MPI环境，必须在调用任何其他MPI函数之前调用MPI_Init
MPI_Comm_rank

获取当前进程的秩（rank），用于区分不同的进程。MPI_COMM_WORLD 是默认的通信器，表示所有进程都参与的通信域
MPI_Comm_size

获取总的进程数。nprocs 存储了当前通信域中总的进程数量
MPI_Irecv

非阻塞地接收消息
MPI_Isend

非阻塞地发送消息
MPI_Waitall

等待一组非阻塞通信操作完成
MPI_Allreduce

在所有进程中执行全局归约操作，并将结果分发给所有进程
MPI_Barrier

同步所有进程，确保所有进程都到达此点后才能继续执行。MPI_Barrier是一个阻塞操作，所有进程必须都调用这个函数，才能继续执行后续代码
MPI_Finalize

结束MPI环境，释放相关资源。调用MPI_Finalize后，不能再使用任何MPI函数
MPI_Cart_create

创建一个笛卡尔拓扑结构的通信域。dims 数组定义每个维度上的进程数，periods 数组定义每个维度上的周期性，cart_comm 是创建的通信域
MPI_Cart_coords

获取指定进程在笛卡尔拓扑结构中的坐标。coords 数组存储进程的坐标
MPI_Cart_shift

计算相邻进程的秩。第一个参数是通信域，第二个参数是移动的维度，第三个参数是移动的步数，后两个参数分别存储相邻进程的秩