使用使用 std::async 创建的线程发送的 MPI 发送的线程安全性

thread safety of MPI send using threads created with std::async

本文关键字：线程 MPI 安全性 创建 std async      更新时间：2023-10-16

根据这个网站，MPI::COMM_WORLD.Send(...)的使用是线程安全的。但是，在我的应用程序中，我经常(并非总是(遇到死锁或出现分段错误。用mutex.lock()和mutex.unlock()将MPI::COMM_WORLD方法的每个调用括起来，可以始终如一地消除死锁和段错误。

这是我创建线程的方式：

const auto communicator = std::make_shared<Communicator>();
std::vector<std::future<size_t>> handles;
for ( size_t i = 0; i < n; ++i )
{
   handles.push_back(std::async(std::launch::async, foo, communicator));
}
for ( size_t i = 0; i < n; ++i )
{
   handles[i].get();
}

Communicator是一个具有std::mutex成员的类，专门调用MPI::COMM_WORLD.Send()和MPI::COMM_WORLD.Recv()等方法。我不使用任何其他通过 MPI 发送/接收的方法。 foo以const std::shared_ptr<Commmunicator> &为论据。

我的问题：MPI承诺的线程安全是否与std::async创建的线程不兼容？

MPI 中的线程安全不是开箱即用的。首先，必须确保您的实现实际上支持多个线程同时进行 MPI 调用。对于某些 MPI 实现，例如 Open MPI，这需要在构建时使用特殊选项配置库。然后，您必须告诉 MPI 在适当的线程支持级别进行初始化。目前，MPI 标准定义了四个级别的线程支持：

  • MPI_THREAD_SINGLE - 表示用户代码是单线程的。如果使用 MPI，这是初始化 MPI 的默认级别MPI_Init();
  • MPI_THREAD_FUNNELED - 表示用户代码是多线程的，但只有主线程进行 MPI 调用。主线程是初始化 MPI 库的线程;
  • MPI_THREAD_SERIALIZED - 表示用户代码是多线程的，但对 MPI 库的调用是序列化的;
  • MPI_THREAD_MULTIPLE - 表示用户代码是多线程的，所有线程都可以随时进行 MPI 调用，而无需同步。

为了使用线程支持初始化 MPI，必须使用 MPI_Init_thread() 而不是 MPI_Init() ：

int provided;
MPI_Init_thread(&argc, &argv, MPI_THREAD_MULTIPLE, &provided);
if (provided < MPI_THREAD_MULTIPLE)
{
    printf("ERROR: The MPI library does not have full thread supportn");
    MPI_Abort(MPI_COMM_WORLD, 1);
}

与过时(并从 MPI-3 中删除(C++绑定的等效代码：

int provided = MPI::Init_thread(argc, argv, MPI::THREAD_MULTIPLE);
if (provided < MPI::THREAD_MULTIPLE)
{
    printf("ERROR: The MPI library does not have full thread supportn");
    MPI::COMM_WORLD.Abort(1);
}

线程支持级别按如下顺序排列：MPI_THREAD_SINGLE <MPI_THREAD_FUNNELED><MPI_THREAD_SERIALIZED>

MPI_Init(&argc, &argv)相当于MPI_Init_thread(&argc, &argv, MPI_THREAD_SINGLE, &provided)。实现不需要在请求的级别精确初始化 - 而是可以在任何其他级别(更高或更低(初始化，这在 provided 输出参数中返回。

有关更多信息 - 请参阅 MPI 标准的 §12.4，可在此处免费获得。

对于大多数 MPI 实现，级别 MPI_THREAD_SINGLE 的线程支持实际上等同于级别 MPI_THREAD_SERIALIZED 提供的线程支持 - 这正是您在案例中观察到的。

由于您尚未指定使用哪种 MPI 实现，因此这里有一个方便的列表。

我已经说过，必须使用启用适当的标志来编译Open MPI才能支持MPI_THREAD_MULTIPLE。但还有另一个问题 - 它的InfiniBand组件不是线程安全的，因此Open MPI在全线程支持级别初始化时不会使用本机InfiniBand通信。

英特尔 MPI 有两种不同的风格 - 一种支持全多线程，一种不支持完全多线程。通过将 -mt_mpi 选项传递给 MPI 编译器包装器来启用多线程支持，该包装器允许与 MT 版本链接。如果启用了 OpenMP 支持或自动并行器，则也会暗示此选项。我不知道启用全线程支持时 IMPI 中的 InfiniBand 驱动程序如何工作。

MPICH(2( 不支持 InfiniBand， 因此它是线程安全的，而且可能最新的版本提供了开箱即用MPI_THREAD_MULTIPLE支持。

MVAPICH 是构建英特尔 MPI 的基础，它支持 InfiniBand。我不知道在带有 InfiniBand 的机器上使用时它在全线程支持级别下的表现如何。

关于多线程InfiniBand支持的说明很重要，因为现在很多计算集群都使用InfiniBand结构。禁用IB组件(openib开放MPI中的BTL(后，大多数MPI实现切换到另一种协议，例如TCP/IP(tcp开放MPI中的BTL(，这会导致更慢和更潜在的通信。

MPI 线程安全有四个级别，并非所有级别都支持每个实现：MPI_THREAD_SINGLE、MPI_THREAD_FUNNELED、MPI_THREAD_SERIALIZED 和 MPI_THREAD_MULTIPLE。最后一个，它允许一个进程有多个线程，可以同时调用 MPI 函数，可能是你感兴趣的那个。因此，首先，您需要确保您的实现支持MPI_THREAD_SERIALIZED。

所需的线程安全级别必须通过调用 MPI_Init_thread 来指定。调用MPI_Init_thread后，您应该能够在自己创建的提升 (POSIX( 线程中安全地调用 MPI 函数。

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