Parallel Virtual Machines

История создания
Проект PVM был начат в 1989 году в Oak Ridge National Laboratory
Первый релиз – Март 1991.
Библиотека была полностью переписана в 1993 году. Версия 3.3,
которая и будет рассматриваться далее.

Парадигма PVM
pvmd
pvmd
pvmd

«Демон» pvmd
«Отвечает» за работу на вычислительном узле.
Используется для запуска, контроля и завершения заданий.

Работа пользователя в PVM
Запуск PVM.
Создание виртуальной машины.
Запуск процесса приложения, который порождает другие процессы.

Запуск приложения
pvmd3
pvmd3
pvmd3
app
app

Консоль PVM
Консоль PVM предоставляет возможность контроля
всех процессов виртуальной машины. Она используется
для конфигурирования параллельной машины;
запуска и завершения процессов виртуальной машины;
получения информации о запущенных процессах;
Консоль является отдельным процессом PVM, может быть
запущена или завершена в любой момент.

Управление виртуальной машиной с консоли
pvm> add hostname добавление узла в виртуальную машину
pvm> delete hostname удаление узла из виртуальной машины
pvm> conf печать конфигурации виртуальной машины
pvm> halt завершить работу всех демонов и закрыть PVM

Работа с процессами
pvm> spawn task запуск процесса с именем task
pvm> kill tid прерывание выполнения задания
pvm> ps печать списка запущенных процессов
pvm> reset завершение всех запущенных задач

Другие команды консоли
pvm> spawn task запуск процесса с именем task
pvm> kill tid прерывание выполнения задания
pvm> ps печать списка запущенных процессов

Способы запуска приложения
Из командной строки.
Из консоли pvm на локальной или удаленной машине.
Из приложения с помощью функции pvm_spawn на локальной или удаленной машине.

Управление виртуальной машиной из консоли
На машине должна быть установлена библиотека PVM.
Должны существовать права для удаленного доступа.
pvm add hostname

Управление виртуальной машиной из программы
int pvm_add_hosts(char** hosts, int nhosts, int* infos);
hosts – список имен добавляемых машин
nhosts – число добавляемых машин
infos – коды ошибок ( < 0 означает ошибку)
возвращает число корректно добавленных узлов
int pvm_del_hosts(char** hosts, int nhosts, int* infos);

Запуск процесса из консоли
Предварительно скопировать в стандартный (или указанный для данной машины) каталог на нужной машине.
spawn app_name – обычный запуск (вывод сохраняется в директории tmp)
spawn -> app_name – запуск с перехватом вывода.

int numt = pvm_spawn( char *task, char **argv, int flag, char *where, int ntask, int *tids )
Запуск ntask процессов с именем task.
task – имя загрузочного модуля
argv – аргументы командной строки
flag – способ запуска
PvmTaskDefault (0) - PVM выбирает машину
PvmTaskHost - where задает конкретную машину
…
tids – массив идентификаторов запущенных заданий (или кодов ошибок при частичном запуске).
numt – число реально запущенных заданий, значение меньше ноля означает ошибку; если numt < ntask, то запущено меньше заданий, чем ожидалось (ошибки в tids)
Запуск процесса

Различные примеры запуска процессов

Завершение задания
Выход из параллельной машины:
int pvm_exit();
стандартная последовательность вызова:
pvm_exit();
exit();
Принудительное завершение процесса по идентификатору:
int pvm_kill(int tid);

Пример (hello.c)
main()
{
int cc, tid, msgtag;
char buf[100];
printf("i'm t%x\n", pvm_mytid());
cc = pvm_spawn("hello_other", (char**)0, 0, "", 1, &tid);

if (cc == 1) {
msgtag = 1;
pvm_recv(tid, msgtag);
pvm_upkstr(buf);
printf("from t%x: %s\n", tid, buf);
} else
printf("can't start hello_other\n");
pvm_exit();
}

Пример (hello_other.c)
#include "pvm3.h"
main()
{
int ptid, msgtag;
char buf[100];
ptid = pvm_parent();

strcpy(buf, "hello, world from ");
gethostname(buf + strlen(buf), 64);
msgtag = 1;
pvm_initsend(PvmDataDefault);
pvm_pkstr(buf);
pvm_send(ptid, msgtag);
pvm_exit();
}

int tid = pvm_mytid( void )
Возвращает номер задания. Если процесс не включен
в PVM, то добавляет его (как и любой другой первый
вызов PVM).
int tid = pvm_parent( void )
Возвращает идентификатор процесса, запустившего
данный или PvmNoParent, если такого нет.

Обмен сообщениями
Посылка:
Инициализация буфера.
Упаковка в буфер данных.
Посылка данных.
Прием:
Прием данных в буфер.
Распаковка данных из буфера.

Посылка сообщений.
int bufid = pvm_initsend( int encoding )
Очищает буфер посылки сообщений и инициализирует
кодировку.
encoding:
PvmDataDefault – кодировка XDR (самый общий случай)
PvmDataRaw – кодировка отсутствует (однородная платформа)
PvmDataInPlace – копирования не производится (сохраняются
указатели и размеры данных пользователя)

Управление несколькими буферами
PVM допускает существование нескольких буферов, из которых в данный момент может быть активен только один буфер для отправки и в точности один буфер для приема сообщений. Активный буфер можно менять.

Функции для управления несколькими буферами
int pvm_mkbuf(int encoding) – создает буфер возвращает идентификатор созданного буфера
int pvm_freebuf(int bufid) – освобождает буфер
int pvm_getsbuf() – возвращает активный буфер для отправки сообщений
int pvm_getrvuf() – возвращает активный буфер для приема сообщений
int pvm_setsbuf(int bufid) – устанавливает активный буфер для отправки сообщений (возвращает id предыдущего буфера)
int pvm_setrbuf(int bufid) – устанавливает активный буфер для приема сообщений (возвращает id предыдущего буфера)

Возможное применение нескольких буферов
За счет переключения между буферами удается
передавать сообщения без перекодировки:
bufid = pvm_recv( src, tag );
oldid = pvm_setsbuf( bufid );
info = pvm_send( dst, tag );
info = pvm_freebuf( oldid );

Упаковка сообщений
int info = pvm_pkbyte( char *cp, int nitem, int stride ) int info = pvm_pkcplx( float *xp, int nitem, int stride )
int info = pvm_pkdcplx( double *zp, int nitem, int stride )
int info = pvm_pkdouble( double *dp, int nitem, int stride )
int info = pvm_pkfloat( float *fp, int nitem, int stride )
int info = pvm_pkint( int *np, int nitem, int stride )
int info = pvm_pklong( long *np, int nitem, int stride )
int info = pvm_pkshort( short *np, int nitem, int stride )
int info = pvm_pkstr( char *cp )
int info = pvm_packf( const char *fmt, ... )

Посылка сообщений
int info = pvm_send( int tid, int msgtag )
tid – идентификатор процесса приемника
msgtag – тэг сообщения
int info = pvm_mcast( int *tids, int ntask, int msgtag )
Посылка асинхронная.

Посылка сообщений
int info = pvm_psend( int tid, void* p, int msgtag,
int cnt, int typ)
tid – идентификатор процесса приемника;
msgtag – тэг сообщения;
cnt – число посылаемых элементов данных;
typ – тип элементов данных;

Типы
PVM_STR
PVM_BYTE
PVM_SHORT
PVM_INT
PVM_LONG
PVM_ULONG
PVM_FLOAT
PVM_CPLX
PVM_DOUBLE
PVM_DCPLX
PVM_UINT
PVM_USHORT

Прием сообщений
int bufid = pvm_recv( int tid, int msgtag )
tid – идентификатор процесса отправителя
msgtag – тэг сообщения
(Значение тэга или идентификатора сообщения, равное –1,
воспринимается как шаблон.)
Блокирующий прием сообщения. Освобождает старый (если последний
не был сохранен с помощью pvm_setrbuf) и создает новый
активный буфер, который заполняет принятым сообщением
и возвращает его.

Прием сообщений
int bufid = pvm_trecv( int tid, int msgtag, struct timeval* timeout )
Прием по таймауту.
tid – идентификатор процесса отправителя
msgtag – тэг сообщения
timeout – максимальное время блокировки
возвращает 0, если сообщение не доставлено после прошествия
периода времени
int bufid = pvm_nrecv( int tid, int msgtag )
Неблокирующий прием – возвращает 0 в случае
если сообщение не пришло неготовности отправителя

Распаковка
int info = pvm_upkbyte( char *cp, int nitem, int stride )
int info = pvm_upkcplx( float *xp, int nitem, int stride )
int info = pvm_upkdcplx( double *zp, int nitem, int stride )
int info = pvm_upkdouble( double *dp, int nitem, int stride )
int info = pvm_upkfloat( float *fp, int nitem, int stride )
int info = pvm_upkint( int *np, int nitem, int stride )
int info = pvm_upklong( long *np, int nitem, int stride )
int info = pvm_upkshort( short *np, int nitem, int stride )
int info = pvm_upkstr( char *cp )
int info = pvm_unpackf( const char *fmt, ... )

Прием + распаковка
int pvm_precv( int tid, int msgtag, void *p, int cnt, int typ,
int * rtid, int* rcnt, int * rtag)
Комбинирует прием и распаковку сообщения, состоящего из
однородных элементов. Возвращает (через параметры rtid, rcnt,
rtyp) информацию о числе элементов в принятом сообщении,
идентификаторе процесса-передатчика и тэге сообщения.

Нотификация о событии
int pvm_notify(int what, int msgtag, int cnt, int* tids)
what – тип события (PvmTaskExit, PvmHostDelete, PvmHostAdd)
msgtag – тэг, который будет использован для нотификации
cnt – число элементов в массиве tids
tids – массив идентификаторов процессов, события которых подвергаются мониторингу (пуст, если PvmHostAdd)

Нотификация о событии
При возникновении запрашиваемого события процессу, вызывавшему pvm_notify, посылается сообщение с указанным тэгом.
Сообщение содержит id процесса, для которого произошло событие (одно сообщение на событие):
PvmTaskExit – id процесса, завершившего работу;
PvmHostDelete – id удаленного pvmd;
PvmHostAdd – id добавленного pvmd (не более cnt сообщений).