Init

lab08_mpi/examples/01_hello_mpi.py

@@ -0,0 +1,38 @@
+# -*- coding: utf-8 -*-
+"""Демо: привет, MPI — ранги, размер мира, точка-точка.
+
+Запуск из корня курса:
+    mpiexec -n 4 python lab08_mpi/examples/01_hello_mpi.py
+
+Каждый ранг — отдельный процесс с копией программы. Ранги обмениваются
+сообщениями: ранг 0 рассылает своё имя всем, каждый отвечает.
+Без mpiexec (обычный python) программа работает как единственный ранг.
+"""
+from mpi4py import MPI
+
+comm = MPI.COMM_WORLD
+rank = comm.Get_rank()
+size = comm.Get_size()
+
+print(f"[до обмена] ранг {rank} из {size}, узел {MPI.Get_processor_name()}")
+
+if rank == 0:
+    # ранг 0 рассылает задание всем остальным (bcast: всем одно и то же)
+    greeting = f"привет от координатора (ранг 0), всего рангов {size}"
+else:
+    greeting = None
+
+greeting = comm.bcast(greeting, root=0)      # коллективная: вызывают ВСЕ
+print(f"ранг {rank}: получил «{greeting}»")
+
+# точка-точка: каждый ранг (кроме 0) отправляет 0 свой номер
+if rank != 0:
+    comm.send(rank, dest=0, tag=11)
+    print(f"ранг {rank}: отправил свой номер координатору")
+else:
+    received = [comm.recv(source=r, tag=11) for r in range(1, size)]
+    print(f"ранг 0: получил номера от рангов {received}")
+
+if size == 1:
+    print("\nВы запустили без mpiexec — работает один ранг.")
+    print("Попробуйте: mpiexec -n 4 python lab08_mpi/examples/01_hello_mpi.py")

lab08_mpi/examples/02_pingpong_mpi.py

@@ -0,0 +1,44 @@
+# -*- coding: utf-8 -*-
+"""Демо: ping-pong и замер стоимости обмена между рангами.
+
+Запуск из корня курса:
+    mpiexec -n 2 python lab08_mpi/examples/02_pingpong_mpi.py
+
+Ранги перекидывают список чисел туда-обратно. Так измеряют латентность и
+пропускную способность канала между узлами.
+"""
+import time
+
+from mpi4py import MPI
+
+comm = MPI.COMM_WORLD
+rank = comm.Get_rank()
+size = comm.Get_size()
+
+if size < 2:
+    print("Нужны минимум 2 ранга: mpiexec -n 2 python lab08_mpi/examples/02_pingpong_mpi.py")
+    raise SystemExit(0)
+
+ROUNDS = 20
+for n_bytes in (1_000, 100_000, 1_000_000):
+    data = list(range(n_bytes // 8))       # ~n_bytes байт целых чисел
+    comm.barrier()                          # синхронный старт замера
+    t0 = time.perf_counter()
+    if rank == 0:
+        for _ in range(ROUNDS):
+            comm.send(data, dest=1, tag=0)
+            comm.recv(source=1, tag=0)
+    elif rank == 1:
+        for _ in range(ROUNDS):
+            comm.recv(source=0, tag=0)
+            comm.send(data, dest=0, tag=0)
+    dt = time.perf_counter() - t0
+
+    if rank == 0:
+        per_round = dt / ROUNDS
+        print(f"{n_bytes:>9,} байт: {ROUNDS} раундов за {dt:.3f} c "
+              f"=> {per_round * 1000:.2f} мс/раунд (туда-обратно)".replace(",", " "))
+
+if rank == 0:
+    print("\nНа одной машине это IPC (быстро), между узлами — сеть.")
+    print("Эта цена обмена и есть накладные расходы распределённых вычислений.")

lab08_mpi/examples/03_collectives_mpi.py

@@ -0,0 +1,44 @@
+# -*- coding: utf-8 -*-
+"""Демо: коллективные операции scatter / gather / reduce / bcast.
+
+Запуск из корня курса:
+    mpiexec -n 4 python lab08_mpi/examples/03_collectives_mpi.py
+
+Показывает все четыре коллективные операции на маленьком примере.
+"""
+from mpi4py import MPI
+
+comm = MPI.COMM_WORLD
+rank = comm.Get_rank()
+size = comm.Get_size()
+
+# --- bcast: один -> всем ------------------------------------------------
+config = {"task": "summa_kvadratov", "n": 100} if rank == 0 else None
+config = comm.bcast(config, root=0)
+print(f"ранг {rank}: config = {config}")
+
+# --- scatter: СПИСОК КУСКОВ (ровно size штук), ранг i получает i-й --------
+if rank == 0:
+    # каждый кусок — свой список; scatter ждёт список из size кусков!
+    numbers = [[i * 10 + j for j in range(10)] for i in range(size)]
+else:
+    numbers = None
+my_chunk = comm.scatter(numbers, root=0)    # ранг i получает свой кусок
+print(f"ранг {rank}: мой кусок {my_chunk[0]}..{my_chunk[-1]} ({len(my_chunk)} шт.)")
+
+# --- каждый ранг считает СВОЮ часть --------------------------------------
+my_sum = sum(x * x for x in my_chunk)
+print(f"ранг {rank}: сумма квадратов моего куска = {my_sum}")
+
+# --- gather: все части -> список на ранге 0 ------------------------------
+partial_sums = comm.gather(my_sum, root=0)
+if rank == 0:
+    print(f"ранг 0: частичные суммы = {partial_sums}")
+    print(f"ранг 0: итого через sum(gather) = {sum(partial_sums)}")
+
+# --- reduce: то же самое, но сразу со свёрткой (проще и быстрее) ----------
+total = comm.reduce(my_sum, op=MPI.SUM, root=0)
+if rank == 0:
+    print(f"ранг 0: итого через reduce(MPI.SUM) = {total}")
+    print("\ngather+sum и reduce(SUM) дали одно и то же — reduce короче.")
+    print("В задании mpi_pi вы используете reduce для суммы попаданий.")

lab08_mpi/examples/04_pi_reduce_mpi.py

@@ -0,0 +1,47 @@
+# -*- coding: utf-8 -*-
+"""Демо: π методом Монте-Карло в MPI (reduce).
+
+Запуск из корня курса:
+    mpiexec -n 4 python lab08_mpi/examples/04_pi_reduce_mpi.py
+
+Каждый ранг бросает свою порцию «точек» со СВОИМ зерном (rank-зависимым),
+reduce(SUM) сворачивает попадания. Число рангов не меняет формулу —
+меняется только распределение бросков.
+"""
+import random
+import time
+
+from mpi4py import MPI
+
+comm = MPI.COMM_WORLD
+rank = comm.Get_rank()
+size = comm.Get_size()
+
+N_PER_RANK = 500_000
+
+
+def count_inside(n: int, seed: int) -> int:
+    rng = random.Random(seed)          # зерно зависит от ранга
+    inside = 0
+    for _ in range(n):
+        x = rng.random()
+        y = rng.random()
+        if x * x + y * y <= 1.0:
+            inside += 1
+    return inside
+
+
+t0 = time.perf_counter()
+my_inside = count_inside(N_PER_RANK, seed=1000 + rank)
+total_inside = comm.reduce(my_inside, op=MPI.SUM, root=0)
+dt = time.perf_counter() - t0
+
+if rank == 0:
+    total = N_PER_RANK * size
+    pi = 4.0 * total_inside / total
+    print(f"рангов: {size}, бросков на ранг: {N_PER_RANK:,} (всего {total:,})")
+    print(f"π ≈ {pi:.6f} (погрешность {abs(pi - 3.141592653589793):.6f})")
+    print(f"время: {dt:.2f} c")
+    if size == 1:
+        print("\nПопробуйте: mpiexec -n 4 python lab08_mpi/examples/04_pi_reduce_mpi.py")
+        print("Каждый ранг добавляет 500k бросков: точность растёт, время — нет.")