================================= チュートリアル（Local-view） ================================= .. contents:: :local: :depth: 2 はじめに ----------- ローカルビューのプログラミングでは，Coarrayによる片側通信記法を用いて並列化を行います． 片側通信とは，いわゆるPut通信とGet通信のことであり， ローカルビューではその片側通信に対応する同期のための記法も提供しています． 片側通信はハードウェアのRemote Direct Memory Access（RDMA）機能と親和性が高いため， グローバルビューよりも高い性能のアプリケーションを作成できる場合があります． その代わり，個々のノードの振る舞いを記述する必要があるため， グローバルビューよりもプログラミングがやや難しくなるかもしれません． Fortranの標準規格であるFortran 2008で採用されたCoarrayをXMP/Fortranでも採用しています． C言語の標準規格にはCoarrayに類するものはないので， XMP/CにおけるCoarrayはXMP独自のものとなっています． .. note:: XMP/FortranはFortran 2008の上位互換となっています． グローバルビューでは実行単位のことをノードと呼びますが， ローカルビューではFortran 2008に従い「イメージ」と呼びます． この2つは，XMPでは同じ意味で用います． Coarrayの宣言 --------------- 早速，Coarrayを宣言してみましょう． * XMP/Cプログラム .. code-block:: C int a[10]:[*]; * XMP/Fortranプログラム .. code-block:: Fortran integer a(10)[*] XMP/Cでは，通常の配列の後ろにコロンと角括弧を用いて配列を宣言します． XMP/Fortranでは，通常の配列の後ろに角括弧を用いて配列を宣言します． 両言語とも，角括弧の中にはアスタリスクを記述します． .. note:: Fortran 2008の仕様上，全イメージで同じ型と形状のCoarrayを宣言しないといけません． Coarrayとして宣言された配列は，代入文を用いて他のイメージからアクセスすることができます． もちろん，自イメージから通常の配列のようにアクセスすることもできます． 片側通信 --------- Put通信 ^^^^^^^^^ Put通信を発生させるには，左辺にCoarrayを記述します． * XMP/Cプログラム .. code-block:: C int a[10]:[*], b[10]; if (xmpc_this_image() == 0) a[0:3]:[1] = b[3:3]; * XMP/Fortranプログラム .. code-block:: Fortran integer a(10)[*] integer b(10) if (this_image() == 1) then a(1:3)[2] = b(3:5) end if 左辺の角括弧内の番号はイメージ番号です． イメージ番号は，XMP/Cでは0から始まり，XMP/Fortranでは1から始まります． XMP/Cのxmpc_this_image()とXMP/Fortranのthis_image()はイメージ番号を返す関数です． .. note:: XMP/Fortranではイメージ番号を指定するために角括弧を用いていますが，Fortran 2008の仕様に従い，イメージのインデックスは1から始まります． .. note:: 両辺が角括弧つきのCoarrayの場合，いわゆる三角通信が発生します．イメージAがイメージBの持っているデータをイメージCに渡すといった通信パターンです． 上のプログラムにおいて，XMP/Cでは，イメージ0はb[3]からb[5]の3要素をイメージ1の配列aの先頭にPutしています． 同様に，XMP/Fortranでは，イメージ1はb(3)からb(5)の3要素をイメージ2の配列aの先頭にPutしています． .. image:: ../img/tutorial-local/put.png .. note:: 指示文を用いるグローバルビューでは，送信側と受取側の両方のノードが通信の発行を行いますが， Coarrayを用いるローカルビューでは，通信の起点となるイメージのみが通信の発行を行います． Get通信 ^^^^^^^^^ Get通信を発生させるには，右辺にCoarrayを記述します． * XMP/Cプログラム .. code-block:: C int a[10]:[*], b[10]; if (xmpc_this_image() == 0) b[3:3] = a[0:3]:[1]; * XMP/Fortranプログラム .. code-block:: Fortran integer a(10)[*] integer b(10) if (this_image() == 1) then b(3:5) = a(1:3)[2] end if 上のプログラムにおいて，XMP/Cでは，イメージ0はイメージ1が持っている配列aの先頭から3要素をb[3]からb[5]にGetしています． 同様に，XMP/Fortranでは，イメージ1はイメージ2が持っている配列aの先頭から3要素をb(3)からb(5)にGetしています． .. image:: ../img/tutorial-local/get.png .. hint:: 図を見てわかる通り，GetはPutと比較して，相手イメージにデータ送信を命令する手順が追加で必要になります． そのため，PutはGetよりも性能が高い場合があります． 同期 --------- 同期のための命令はいくつかありますが，ここでは最も利用頻度が高いと考えられるsync allを紹介します． * XMP/Cプログラム .. code-block:: C void xmp_sync_all(int *status) * XMP/Fortranプログラム .. code-block:: Fortran sync all これまでに発行したすべての片側通信の完了を待ち，さらにバリア同期を行います． バリア同期なので，すべてのイメージで実行する必要があります． .. image:: ../img/tutorial-local/sync_all.png 上の例では，左のイメージがPutしたデータが右のイメージに書き込まれ， さらに両方のイメージがsync allを実行した後，sync allが終了することを示しています． 実習 ---------- 下記のサンプルを2イメージで実行してみましょう． * XMP/Cプログラム .. code-block:: C #include #include int a[10]:[*], b[10]:[*], c[10][10]:[*]; int main(){ int me = xmpc_this_image(); for(int i=0;i<10;i++) a[i] = b[i] = i + 10 * me; for(int i=0;i<10;i++) for(int j=0;j<10;j++) c[i][j] = (i * 10 + j) + 100 * me; xmp_sync_all(NULL); if(xmpc_this_image() == 0){ a[0:3] = a[5:3]:[1]; // Get for(int i=0;i<10;i++) printf("%d\n", a[i]); b[0:5:2] = b[0:5:2]:[1]; // Get printf("\n"); for(int i=0;i<10;i++) printf("%d\n", b[i]); c[0:5][0:5]:[1] = c[0:5][0:5]; // Put } xmp_sync_all(NULL); if(xmpc_this_image() == 1){ printf("\n"); for(int i=0;i<10;i++){ for(int j=0;j<10;j++){ printf(" %3d",c[i][j]); } printf("\n"); } } return 0; } * XMP/Fortranプログラム .. code-block:: Fortran program main implicit none include "xmp_coarray.h" integer :: a(10)[*], b(10)[*], c(10,10)[*] integer :: i, j, me me = this_image() do i=1, 10 b(i) = (i-1) + 10 * (me - 1) a(i) = b(i) end do do i=1, 10 do j=1, 10 c(j,i) = ((i-1) * 10 + (j-1)) + 100 * (me - 1) end do end do sync all if (this_image() == 1) then a(1:3) = a(6:8)[2] ! Get do i=1, 10 write(*,*) a(i) end do b(1:10:2) = b(1:10:2)[2]; ! Get write(*,*) "" do i=1, 10 write(*,*) b(i) end do c(1:5,1:5)[2] = c(1:5,1:5) ! Put end if sync all if (this_image() == 2) then write(*,*) "" do i=1, 10 write(*,*) c(:,i) end do end if end program main 上のプログラムでは，3つのCoarrayであるa，b，cを宣言しています． aとbは1次元配列であるのに対し，cは2次元配列です． それぞれの配列の初期値は，下記の通りです． * XMP/Cのイメージ0，XMP/Fortranのイメージ1 * a : 0から9 * b : 0から9 * c : 0から99 * XMP/Cのイメージ1，XMP/Fortranのイメージ2 * a : 10から19 * b : 10から19 * c : 100から199 連続領域の片側通信 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 最初のGetにおいて，XMP/Cでは，イメージ0はイメージ1が持つ配列a[5]から3要素を配列aの先頭にGetしています． 同様に，XMP/Fortranでは，イメージ1はイメージ2が持つ配列a(6)から3要素を配列aの先頭にGetしています． Get終了後の配列aは，下記のようになります． .. code-block:: bash 15 16 17 3 4 5 6 7 8 9 ステップ毎の片側通信 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 2つ目のGetにおいて，XMP/Cでは，イメージ0はイメージ1が持つ配列bの先頭から5要素を2ステップ毎に配列bの同じ位置にGetしています． 同様に，XMP/Fortranでは，イメージ1はイメージ2が持つ配列bの先頭から5要素を2ステップ毎に配列bの同じ位置にGetしています． Get終了後の配列bは，下記のようになります． .. code-block:: bash 10 1 12 3 14 5 16 7 18 9 多次元配列の片側通信 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 最後のPutにおいて，XMP/Cでは，イメージ0は配列c[0:5][0:5]の25要素をイメージ1の同じ位置にPutしています． 同様に，XMP/Fortranでは，イメージ1は配列c(1:5,1:5)の25要素をイメージ2の同じ位置にPutしています． この通信パターンは，ブロックストライド通信になります． Put終了後の配列cは，下記のようになります． .. code-block:: bash 0 1 2 3 4 105 106 107 108 109 10 11 12 13 14 115 116 117 118 119 20 21 22 23 24 125 126 127 128 129 30 31 32 33 34 135 136 137 138 139 40 41 42 43 44 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199