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MPI中近邻(neighborhood)之间的All-to-All通信

news 来源：原创 2025/5/23 6:48:54

MPI中的近邻All-to-All通信

在MPI(Message Passing Interface)中，确实支持近邻(neighborhood)之间的All-to-All通信，这是MPI 3.0及更高版本引入的功能。

MPI近邻All-to-All通信概述

近邻All-to-All通信允许在非规则拓扑结构中，每个进程只与其"邻居"进程进行通信，而不是与通信器中的所有进程通信。这种通信模式特别适用于图结构或网格拓扑。

使用方法

1. 创建拓扑结构

首先需要创建一个图或分布式图拓扑：

// 创建图拓扑
int MPI_Graph_create(MPI_Comm comm_old, int nnodes, const int index[],const int edges[], int reorder, MPI_Comm *comm_graph);// 创建分布式图拓扑 (MPI 3.0+)
int MPI_Dist_graph_create(MPI_Comm comm_old, int n, const int sources[],const int degrees[], const int destinations[],const int weights[], MPI_Info info, int reorder,MPI_Comm *comm_dist_graph);

2. 近邻All-to-All通信函数

创建拓扑后，可以使用以下函数进行近邻通信：

// 近邻All-to-All通信
int MPI_Neighbor_allgather(const void *sendbuf, int sendcount, MPI_Datatype sendtype,void *recvbuf, int recvcount, MPI_Datatype recvtype,MPI_Comm comm);int MPI_Neighbor_alltoall(const void *sendbuf, int sendcount, MPI_Datatype sendtype,void *recvbuf, int recvcount, MPI_Datatype recvtype,MPI_Comm comm);// 带可变长度的版本
int MPI_Neighbor_allgatherv(const void *sendbuf, int sendcount, MPI_Datatype sendtype,void *recvbuf, const int recvcounts[], const int displs[],MPI_Datatype recvtype, MPI_Comm comm);int MPI_Neighbor_alltoallv(const void *sendbuf, const int sendcounts[], const int sdispls[],MPI_Datatype sendtype, void *recvbuf, const int recvcounts[],const int rdispls[], MPI_Datatype recvtype, MPI_Comm comm);

示例代码

下面是一个使用MPI_Neighbor_alltoall的简单示例：

#include <mpi.h>
#include <stdio.h>int main(int argc, char *argv[]) {MPI_Init(&argc, &argv);int rank, size;MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);// 创建简单的分布式图拓扑 (每个进程连接到前一个和后一个进程)int sources[1] = {rank};int degrees[1] = {2};  // 每个进程有2个邻居int destinations[2];destinations[0] = (rank - 1 + size) % size;  // 前一个进程destinations[1] = (rank + 1) % size;         // 后一个进程MPI_Comm graph_comm;MPI_Dist_graph_create(MPI_COMM_WORLD, 1, sources, degrees, destinations,MPI_UNWEIGHTED, MPI_INFO_NULL, 0, &graph_comm);// 获取邻居信息int indegree, outdegree, weighted;MPI_Dist_graph_neighbors_count(graph_comm, &indegree, &outdegree, &weighted);int sources_out[outdegree], destinations_in[indegree];MPI_Dist_graph_neighbors(graph_comm, indegree, sources_out, MPI_UNWEIGHTED,outdegree, destinations_in, MPI_UNWEIGHTED);// 准备发送和接收缓冲区int sendbuf[2] = {rank * 10, rank * 10 + 1};  // 发送两个整数int recvbuf[2];// 执行近邻All-to-All通信MPI_Neighbor_alltoall(sendbuf, 1, MPI_INT, recvbuf, 1, MPI_INT, graph_comm);printf("Rank %d received: %d, %d\n", rank, recvbuf[0], recvbuf[1]);MPI_Comm_free(&graph_comm);MPI_Finalize();return 0;
}