Georg-Simon-Ohm-Fachhochschule Nürnberg, Fachbereich Informatik
WS 2005/06: Seminar: Parallelrechen

Message Passing Interface

von: Henning Fleischmann

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1

2 Prozessmodell  1

3 Gruppen, Kontexte und Kommunikatoren 2

4 Kommunikation  3

4.1 Point-to-Point Kommunikation 4
4.2 Kommunikationsmodi in MPI  4

5 Unterschiede zwischen PVM und MPI 5

Literaturverzeichnis  7

1 Einleitung

Das Message Passing Interface (MPI) ist ein Standard zur nachrichtenbasierten Kommunikation im Bereich der parallelen, numerischen Datenverarbeitung in Distributed Memory Systemen. 1992/93 wurde MPI von den Mitgliedern des Message Passing Forums in einer ersten Version (MPI-1) erarbeitet und 1994 verabschiedet. Ziel dieses Standards ist es, den Programmierern verteilter, paralleler Anwendungen eine einheitliche Programmierschnittstelle (API) zur nachrichtenbasierten Kommunikation zur Verfügung zu stellen. (MESSAGE PASSING INTERFACE FORUM 1995) Sechs Monate nach der Verabschiedung des MPI-1 Standards erschien eine erste Implementierung mit dem Namen MPICH, entwickelt von Mitarbeitern der Universität Knoxville in Tennessee, USA. Mit weiteren Implementierungen wurde die Entwicklung des MPI Standards vorangetrieben. In den Jahren 1995 und 1996 wurden die MPI Standards 1.1 und 1.2 veröffentlicht.

In der aktuellen MPI Version 2.0, die 1995 begonnen und im März 1998 veröffentlicht wurde, wurden zusätzlich zu den bisherigen Funktionen zur nachrichtenbasierten Kommunikation auch Funktionen zur Prozessverwaltung, der Verwaltung von verteiltem, gemeinsamem Speicher (shared memory, in MPI-2 als Remote Memory Access bezeichnet) und paralleler Ein-/Ausgabe hinzugefügt. Des Weiteren wurde neben den bisherigen Bindungen an die Sprachen Fortran-77 und C auch Bindungen an C++ und Fortran-90 in den Standard aufgenommen Man spricht heute von Konformität zu zwei Versionen von MPI. Der Name MPI-1 bezieht sich auf die Version MPI-1.2 und der Name MPI-2 auf die Version MPI-2.0 des MPI Standards. (GREIML 2004)

2 Prozessmodell

MPI besitzt ein statisches Prozessmodell. Alle Prozesse, die in einer MPI Laufzeitumgebung existieren, betreten und verlassen die Umgebung quasi gleichzeitig. Innerhalb der laufenden Umgebung existieren die Prozesse in Gruppen, die die Kommunikationsfähigkeit eines Prozesses innerhalb dieser Gruppen regeln. Die eigentliche Kommunikation in MPI erfolgt durch Zugriffe auf Kommunikatoren, die durch Gruppen definierten Kommunikationskanäle. (GREIML 2004) Prozesse in MPI sind unabhängige Handlungsfäden mit getrennten Adressräumen. Es gibt keine Vorgaben von MPI wie die einzelnen Prozesse einer Anwendung am Anfang zu starten sind. Die meisten Implementierungen bieten dafür jedoch zwei verschiedene Möglichkeiten an:

- In einer Konfigurationsdatei wird jedem Rechner explizit ein Programm zugeordnet, das er auszuführen hat. Auf diese Weise kann im MPI das MIMD Modell (multiple instruction multiple data) realisiert werden. Jeder Prozess arbeitet mit eigenen Daten und einem eigenen Programm.
- Auf allen Rechnern die in einem bestimmten Maschinenfile eingetragen sind wird das gleiche Programm gestartet. Dadurch wird in MPI das SIMD Modell (single instruction multiple data) realisiert. Jeder Prozess arbeitet mit eigenen Daten und dem gleichen Programm.

Im MPI Standard 1.2 wird das dynamische Starten und Beenden von Prozessen oder Threads nicht spezifiziert. (EDELMANN 1997)

3 Gruppen, Kontexte und Kommunikatoren

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