在一个程序中如何“多次调用”MPI并行？

Freeman

大家好。
我正在学习写一个MPI/C++的计算化学程序，想实现双电子积分和HF的并行计算。串行的程序已经写好了，main函数的结构是这样的：

1. Matrix overlap=Overlap(basis_set); // 计算重叠积分，存在一个矩阵里
   
2. Matrix kinetic=Kinetic(basis_set); // 计算动能积分
   
3. Matrix nuclear=Nuclear(basis_set,atom_positions); // 计算核吸引积分
   
4. Tensor repulsion=Repulsion(basis_set); // 计算双电子积分，存在一个四维张量里
   
5. double hfenergy=HF(overlap,kinetic,nuclear,repulsion); // 计算HF能量

复制代码

要在Repulsion函数里用MPI，就要在函数定义里写：

1. Tensor Repulsion(...){
   
2. MPI_Init(...);
   
3. ......
   
4. MPI_Finalize();
   
5. return repulsion;
   
6. }

复制代码

HF函数也同理：

1. double HF(...){
   
2. MPI_Init(...);
   
3. ......
   
4. MPI_Finalize();
   
5. return hfenergy;
   
6. }

复制代码

可是问题在于在一个程序的运行周期中，MPI只能调用一次。这可怎么办？我试过查看开源程序的源码，看他们是怎么解决这个问题的，但是里面涉及到MPI的部分好复杂啊，看了几天也不明白；我还看了《Using MPI》和《Parallel computing in quantum chemistry》，但它们好像只写了在单个main函数里调用一次MPI的方法；我还想过把每个函数都分别打包成一个独立的程序，可是那样程序结构就不再简洁了。
希望有编写计算化学程序经验的大佬点拨一下，小弟不胜感激。

万里云

Freeman 发表于 2022-1-9 11:02
谢谢您的解答。我确实可以试一试openmp。我没查到MPI_pawn，您说的是不是MPI_Comm_spawn？

手误，确实是MPI_Comm_spawn。

Freeman

万里云 发表于 2022-1-9 10:47
楼主需要的应该是openmp。

MPI的设计思路就是在主函数开始调用MPI_Init，然后获取rank和size。接着根据r ...

谢谢您的解答。我确实可以试一试openmp。我没查到MPI_pawn，您说的是不是MPI_Comm_spawn？

万里云

楼主需要的应该是openmp。

MPI的设计思路就是在主函数开始调用MPI_Init，然后获取rank和size。接着根据rank和size分配任务，算完后用reduce汇总数据。最后调用MPI_Finalize结束程序。在整个程序中，都需要开发者显式指定任务分配规则，显式交换数据。如果一个函数没有按规则改写，就是同一份代码重复运行了size次。

OpenMP可以实现按需开启和关闭多线程，对程序的改动小。但默认的任务分配和数据交换都是隐式的。要想取得高效率，程序改到最后其实是和MPI差不多的。

MPI_Comm_Spawn可以动态创建并行进程，但这样程序结构就不简洁了。