MPI 2 Language Bindings

MPI 2 Language Bindings

MPI 2 는 MPI 1이 C와 Fortran에 대해서만 제공하던 것을 C++, Fortran 90에 까지 그 지원을 확대하였다.

C++
Overview

MPI 1 에서는 C++에 대한 binding을 제공하지 않았지만, MPI자체가 object의 관점에서 기술되었으므로 MPI-2에서의 C++지원에 있어 어려운 점은 없다. 몇몇 경우에 있어 MPI-2가 MPI-1의 C에서 쓰였던 이름과 다른 점이 있지는 하지만, 기존의 MPI-1과 배치되는 사항은 없다.

C++에 대한 binding criteria

1. C++ 언어에 대한 interface는 MPI object에 기반한 class에 의해 (lightweight functional interface)구성된다.

2. Semantics에 있어서 C++에 binding된 MPI가 기존 MPI와 배치되는 사항은 없다.

3. 확장성을 위해 MPI 함수는 MPI 클래스의 멤버 함수이다.

MPI를 위한 C++클래스

MPI를 위한 모든 클래스, 상수, 함수는 MPI_ prefix대신 MPI namespace를 이용하여 MPI:: prefix로 나타내어 진다.

이때 MPI클래스는 non-instantiable이기 때문에 모든 생성자는 private로 구성되어져 있다.

MPI-1을 위한 MPI-2의 namespace

namespace MPI {

class Comm {...};

class Intracomm : public Comm {...};

class Graphcomm : public Intracomm {...};

class Cartcomm : public Intracomm {...};

class Intercomm : public Comm {...};

class Datatype {...};

class Errhandler {...};

class Exception {...};

class Group {...};

class Op {...};

class Request {...};

class Prequest : public Request {...};

class Status {...};

};

MPI-2의 namespace

namespace MPI {

class File {...};

class Grequest : public Request {...};

class Info {...};

class Win {...};

};

derived class가 적은 관계로 virtual inheritance는 사용되지 않았다.

Class Member Functions for MPI

완전한 형태의 C++에 binding된 MPI는 C++를 위해 필요한 constructor, destructor등과 각종 operator에 대해 구현이 되었있으며 또한 상속관계를 이용할 수도 있다.

Example상속된 MPI 클래스의 예

class foo_comm : public MPI::Intracomm {

public:

void Send(void* buf, int count, const MPI::Datatype& type, int dest, int tag) const

{

// Class library functionality

MPI::Intracomm::Send(buf, count, type, dest, tag);

// More class library functionality

}

};

Semantics

C++ binding 된 MPI의 semantics는 기존의 MPI의 semantics와 같다. 단지 틀린 점은 표현상에서 MPI::<CLASS>의 형태를 이용한다는 것 뿐이다. 대부분의 경우 =은 copy, 비교는 ==, !=등의 operator가 overloading되어 있다.

Data types

data type에 있어서 C++에서 제공하는 bool을 위해 MPI::BOOL, Complex<xxxx>을 위해 MPI::COMPLEX, MPI::DOUBLE_COMPLEX, MPI::LONG_DOUBLE_COMPLEX등이 추가되어 졌다.

Communicators

기존의 MPI-1과 틀린 점은 MPI-1은 오직 한가지 형태의 handle이 모든 communicator에 적용되었지만, MPI-2에서는 직접 다양한 형태의 communicator을 정의하는 것이 가능하다. 이미 정의된 것으로는 MPI::Comm. MPI::Intercomm, MPI::Intracomm, MPI::Cartcomm, MPI::Graphcomm등이 있다. 이중 MPI::Comm이 base 클래스가 된다.

예외처리

C++의 Exception Handling 형태로 C++ binding된 MPI도 exception handle을 위한 기능을 가지고 있는데 MPI::ERRORS_THROW_EXCEPTIONS가 그것이다. 이것에 의한 에러는 MPI::Exception을 야기시키며 MPI::SUCCESS를 제외한 모든 MPI result code에서 발생된다.

혼합된 언어에서의 기능

C++ binding된 MPI-2는 C와의 혼합된 사용을 위해

MPI::<CLASS>& MPI::<CLASS>::operator=(const MPI_<CLASS>& data)

MPI::<CLASS>(cost MPI_<CLASS>& data)

MPI::<CLASS>::operator MPI<CLASS>() const

등의 기능을 가지고 있다.

Fortran

MPI-2에서의 Fortran binding은 Fortran 90에서 이루어 졌다. 따라서 Fortran 90이 Fortran 77과 거의 유사하므로 몇몇 예외를 제외하고는 Fortran 77 compiler는 MPI-2를 compile할 수 있다.

2 level 지원

1. Basic Fortran Support : MPI-1에서의 모든 사항과, 약간의 추가된 기능

2. Extended Fortran Support : Fortran90을 위해 특별히 부가된 기능

MPI_SIZEOF,

MPI_TYPE_MATCH_SIZE,

MPI_TYPE_CREATE_F90_INTEGER,

MPI_TYPE_CREATE_F90_REAL,

MPI_TYPE_CREATE_F90_COMPLEX

KIND-paramerized type : 여러 개 중에서 한 개를 선택

Fortran에서 제공하는 selected_real_kind, selected_int_kind등을 이용.

서로 이질적인 machine에서의 실행에 대비, 형의 일치를 위해 MPI_TYPE_CREATE_F90_xxxx(p, r, newtype) 으로 새로운 형태의 newtype을 지정할 수 있다.이때 p는 precision, r은 exponent range가 된다.

Fortran90에 있어서의 문제점

MPI자체가 Fortran에 binding되는 데는 약간의 문제를 가지고 있었는데, Fortran 90에 오면서 이러한 문제가 더 심각해 졌다. 이러한 것은 MPI의 사용성을 위해 불가피 한 것 이다.

Strong Type checking으로 인한 오류

(choice dummy argument, array dummy argument)

integer i(5)

real x(5)

call mpi_send(x, 5, MPI_REAL....)

call mpi_send(i, 5, MPI_INTEGER,....)

mpi_send()에서 처음 위치하는 argumenet의 형이 여러 가지 일 수 있는데, 이때 오류가 발생할 수 있음. ? Compile할 때 option이나 다른 조작이 필요.

Data copying와 Sequence 관계에 의한 오류

Column major방식 이 연속되는 memory에 대한 접근을 고려하고 설계된 MPI와 잘 맞지를 않는다. A(1:100:2)와 같은 형태에서 Non blocking call을 할 경우, temporary buffer를 생성하고 이 temporal buffer에는 연속적으로 들어가나, MPI가 추 후 쓸 때는 address를 벗어 날 수 있다.

특별한 상수

MPI_BUTTOM, MPI_STATUS_IGNORE등등 - 표준에서는 허용되지 않고, 외부에서의 조작이 필요하며 대개의 경우 상수가 아닌 predefiend static variable형태를 취하고 있다.

Derived type

Fortran 90 이 지원하는 derived type에 대해 choice dummy argument 가 이를 지원 못함.

MPI의 감추어진 동작에 대해 Fortran compiler가 행하는 register optimization이 역효과를 낼 수도 있다. 어떤 변수가 local로 선언되었다면 Fortran이 이것을 외부에서는 이용하지 못하는 변수로 취급하고 register에서만 동작할 수도 있는데, 이러한 경우 Non-Blocking call을 쓸 경우 문제가 있을 수 있다.