P3a · Taller de paso de mensajes punto a punto y topología en anillo

Contenido del programa: §20.3 · contenidos 3.2 y 3.3 Horas de laboratorio: 4 · Modalidad: individual

1. Objetivo

Implementar, compilar y ejecutar aplicaciones paralelas en memoria distribuida mediante el estándar MPI en C, dominando el ciclo de vida del entorno (MPI_Init, MPI_Finalize, MPI_Comm_rank, MPI_Comm_size) y la comunicación punto a punto bloqueante (MPI_Send, MPI_Recv) y no bloqueante (MPI_Isend, MPI_Irecv), evaluando el riesgo de interbloqueos (deadlocks) y el solapamiento con cómputo local.

2. Requisitos previos y verificación de entorno

1. Haber estudiado los apartados 3.1, 3.2 y 3.3 de la unidad canónica de M3.
2. Contar con mpicc y mpirun en el sistema. Verificación de entorno:

cat << 'EOF' > test_mpi.c
#include <mpi.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
    int rank, size;
    MPI_Init(&argc, &argv);
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);
    printf("Proceso %d de %d activo.\n", rank, size);
    MPI_Finalize();
    return 0;
}
EOF
mpicc test_mpi.c -o test_mpi && mpirun -np 4 ./test_mpi

3. Ejercicios guiados

Ejercicio 1: Paso de testigo en anillo (Token Ring) bloqueante

Implementar un programa donde el proceso 0 genera un valor entero (token = 42) y lo envía al proceso 1. El proceso 1 incrementa el valor en 1 (token++) y lo envía al proceso 2, continuando cíclicamente hasta que el proceso envía el valor de vuelta al proceso 0.

• Punto crítico: Cada proceso debe recibir de (rank - 1 + size) % size y enviar a (rank + 1) % size.
• El proceso 0 debe iniciar enviando antes de recibir para evitar un deadlock cíclico.

Ejercicio 2: Intercambio bidireccional y demostración de Deadlock

Escribir un código donde el proceso 0 y el proceso 1 intentan enviarse simultáneamente un arreglo masivo de double ( elementos) utilizando MPI_Send seguido de MPI_Recv.

• Observar cómo la ejecución se congela debido al agotamiento del búfer del protocolo Eager.
• Corregir el fallo utilizando MPI_Sendrecv y luego mediante MPI_Isend / MPI_Irecv.

Ejercicio 3: Ocultamiento de latencia con comunicación no bloqueante

Modificar el programa de anillo para que el envío y la recepción se inicien con MPI_Isend e MPI_Irecv. Mientras el mensaje viaja por la red, ejecutar una función de cómputo sintético (ej. cálculo de operaciones aritméticas flotantes). Medir con MPI_Wtime() el tiempo total y comprobar que el tiempo global es menor a la suma del tiempo de comunicación más el tiempo de cómputo secuencial.

4. Entregables

1. Código fuente anillo_bloqueante.c y anillo_solapado.c.
2. Breve reporte técnico respondiendo: ¿Por qué MPI_Sendrecv evita el interbloqueo y qué diferencia existe con MPI_Isend?