Message Passing Interface / OCaml

MPIは並列コンピュータを利用するための標準規格で、これをOCamlで実現しているサイトに興味を持ちました。

参考: http://www.ueda.info.waseda.ac.jp/~sakai/ocaml/ocamlmemo.html#doc1_1485

Cで書かれたものよりもシンプルに実現できており、こういう関数型言語のメリットを感じてみようと試してみました。

環境: Ubuntu 16.04 / VirtualBox
設定:

sudo apt-get install opam
opam init
eval opam config env
. /home/n/.opam/opam-init/init.sh > /dev/null 2> /dev/null || true
sudo apt-get install m4
sudo apt-get install mpich
sudo apt-get install libopenmpi-dev
opam install mpi

まずはC言語でMPIの動きを試してみます。

参考: https://ja.wikipedia.org/wiki/Message_Passing_Interface

hello.c

 #include <mpi.h>
 #include <stdio.h>
 #include <string.h>

 #define BUFSIZE 128
 #define TAG 0

 int main(int argc, char *argv[])
 {
   char idstr[32];
   char buff[BUFSIZE];
   int num;
   int rank;
   int i;
   MPI_Status stat;

   printf("-s-\n");
   MPI_Init(&argc, &argv);
   MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&num);
   MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank);

   if(rank == 0){
     printf("%d: We have %d processors\n", rank, num);
     for(i=1 ; i<num ; i++){
       sprintf(buff, "Hello %d TAG0 ! -> ", i);
       MPI_Send(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, i, 0, MPI_COMM_WORLD);
       sprintf(buff, "Hello %d TAG1 ! -> ", i);
       MPI_Send(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, i, 1, MPI_COMM_WORLD);
     }
     for(i=1 ; i<num ; i++){
       MPI_Recv(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, i, 0, MPI_COMM_WORLD, &stat);
       printf("%d: %s\n", rank, buff);
       MPI_Recv(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, i, 1, MPI_COMM_WORLD, &stat);
       printf("%d: %s\n", rank, buff);
     }
   }
   else{
     MPI_Recv(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, 0, 0, MPI_COMM_WORLD, &stat);
     sprintf(idstr, "Processor %d TAG0", rank);
     strncat(buff, idstr, BUFSIZE-1);
     MPI_Send(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, 0, 0, MPI_COMM_WORLD);

     MPI_Recv(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, 0, 1, MPI_COMM_WORLD, &stat);
     sprintf(idstr, "Processor %d TAG1", rank);
     strncat(buff, idstr, BUFSIZE-1);
     MPI_Send(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, 0, 1, MPI_COMM_WORLD);
   }
   MPI_Finalize();
   printf("-e-\n");
   return 0;
 }

#include <mpi.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#define BUFSIZE 128

#define TAG 0

int main(int argc, char *argv[])

{

char idstr[32];

char buff[BUFSIZE];

int num;

int rank;

int i;

MPI_Status stat;

printf("-s-\n");

MPI_Init(&argc, &argv);

MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&num);

MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&rank);

if(rank == 0){

printf("%d: We have %d processors\n", rank, num);

for(i=1 ; i<num ; i++){

sprintf(buff, "Hello %d TAG0 ! -> ", i);

MPI_Send(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, i, 0, MPI_COMM_WORLD);

sprintf(buff, "Hello %d TAG1 ! -> ", i);

MPI_Send(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, i, 1, MPI_COMM_WORLD);

}

for(i=1 ; i<num ; i++){

MPI_Recv(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, i, 0, MPI_COMM_WORLD, &stat);

printf("%d: %s\n", rank, buff);

MPI_Recv(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, i, 1, MPI_COMM_WORLD, &stat);

printf("%d: %s\n", rank, buff);

}

else{

MPI_Recv(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, 0, 0, MPI_COMM_WORLD, &stat);

sprintf(idstr, "Processor %d TAG0", rank);

strncat(buff, idstr, BUFSIZE-1);

MPI_Send(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, 0, 0, MPI_COMM_WORLD);

MPI_Recv(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, 0, 1, MPI_COMM_WORLD, &stat);

sprintf(idstr, "Processor %d TAG1", rank);

strncat(buff, idstr, BUFSIZE-1);

MPI_Send(buff, BUFSIZE, MPI_CHAR, 0, 1, MPI_COMM_WORLD);

}

MPI_Finalize();

printf("-e-\n");

return 0;

}

コンパイル:

cc -o hello hello.c -I /usr/lib/openmpi/include -L /usr/lib/open/lib -lmpi

実行結果:

rankとtagで識別して通信しているのがわかります。
この動きが把握できたところで、次はOcaml。

mpi_test.ml

open Mpi
let size = comm_size comm_world
let rank = comm_rank comm_world
let _ =
 if rank=0 then
  begin
   send "data01" 3 0 comm_world;
   send "data02" 2 1 comm_world;
  end;
 if rank=1 then
  begin
   send "data03" 3 2 comm_world;
   send "data04" 2 3 comm_world;
  end;
 if rank=2 then
  begin
   let a,b,c = receive_status any_source 1 comm_world and
       d,e,f = receive_status any_source 3 comm_world in
    Printf.printf "rank:%d, tag:%d, %s\n" b c a;
    Printf.printf "rank:%d, tag:%d, %s\n" e f d;
  end;
 if rank=3 then
  begin
   let a,b,c = receive_status any_source 0 comm_world and
       d,e,f = receive_status any_source 2 comm_world in
    Printf.printf "rank:%d, tag:%d, %s\n" b c a;
    Printf.printf "rank:%d, tag:%d, %s\n" e f d;
  end

open Mpi

let size = comm_size comm_world

let rank = comm_rank comm_world

let _ =

if rank=0 then

begin

send "data01" 3 0 comm_world;

send "data02" 2 1 comm_world;

end;

if rank=1 then

begin

send "data03" 3 2 comm_world;

send "data04" 2 3 comm_world;

end;

if rank=2 then

begin

let a,b,c = receive_status any_source 1 comm_world and

d,e,f = receive_status any_source 3 comm_world in

Printf.printf "rank:%d, tag:%d, %s\n" b c a;

Printf.printf "rank:%d, tag:%d, %s\n" e f d;

end;

if rank=3 then

begin

let a,b,c = receive_status any_source 0 comm_world and

d,e,f = receive_status any_source 2 comm_world in

Printf.printf "rank:%d, tag:%d, %s\n" b c a;

Printf.printf "rank:%d, tag:%d, %s\n" e f d;

end

コンパイル:

ocamlc -I ~/.opam/system/lib/mpi mpi.cma mpi_test.ml -o mpi_test

実行結果

ターゲットとするランク、タグにメッセージを送信しています。
参考にした’OCaml備忘録’というサイトですが、他にもソケット通信、Cとのインターフェイスなど詳しく書かれており、とても興味深い内容ばかりです。ここにあるものでCのLinuxプログラムでよく使うケースがありますが、Cだとわずわらしく感じる部分をOCamlで実装しても面白いと思いました。