MPI并行字符串搜索实验报告

MPI并行字符串搜索实验报告学院（部）：软件学院专业班级：软件工程2011学生姓名：席晶晶学号： 114712026指导教师：胡志刚2011年12月11日一、实验目的1、了解MPI并行程序的概念和原理2、并行集群的搭建,创建并行程序的模拟运行环境3、实现字符串并行搜索二、实验原理1、并行集群的搭建，形成并行开发环境2、通过建共享文档，完成各PC机间资源的共享3、通过安装MPIch12,runMPI程序时，可将运行分为多个进程，实现多台PC机同时运行该程序，达到高效的目的。

三、实验步骤和内容第一步：建立用户。

在待安装MPI的计算机上都要建立一个用户，比如，本次实验在两台机器上建立一个叫205用户，密码是205，这个帐户必须拥有管理员权限。

同在C盘建立一个temp文件夹，用来放程序编译后的执行文件。

图3-1 创建205账户第二步：安装MPI。

双击“mpich.nt.1.2.5.exe”，一切按照默认的设置。

在每台运行MPI程序的机器上安装MPICH。

第三步：注册MPI帐户。

调用MPI自带的MPIRegister.exe程序进行帐户的注册。

本次实验：在每台机器上建立名称为205的帐户，密码为205。

注册帐户的界面如下：图3-2 注册205账户第四步：配置MPI。

在多台计算机上运行，需运行“MPICH Configuration tool”，通过“Add”和“Select”按钮添加所有要参与并行计算的计算机，并“Apply”确认。

为防止连接其他计算机发生错误，必要时关闭本机的防火墙。

图3-3 配置MPI第五步：VC环境的配置：打开VC++，在[工具]—[选项]里将MPICH NT 的相关目录加进Include 和Lib 搜索路径当中。

图3-4 VC环境的配置第六步：并行程序编写：程序描述：本次程序实现并行字符串搜索，程序的原理是：首先随即产生一个100*100的二维字符串数组，然后随即按四个方向（上、下、左、右）插入一条字符串“xijingjing”,即表示二维字符数组存在有效价值，通过并行查找（即用KMP字符串匹配算法），即不同进程查找不一样的方向，同时查找，实现程序并行。

标志位：flag 1表示右2表示左3表示下4表示上，flag是根据字符串“xijingjing”首字母插入的位置决定的。

下面标记为9个区域，每个区域只能有对应标记的方向。

例子：1号区域（x<9&&y<9）方向只能是右和下。

新建一个项目，在工程打开之后，打开[项目]—[设置]菜单，在“Link”页面中加入“mpich.lib”和“mpe.lib”。

图3-7 共享目录C:\\temp程序实现之后编译，找到项目文件中的debug文件夹中，找到“bingxing.exe”，并行的机器都要拷贝此文件到创建的共享目录“C:\\temp”目录下。

第六步：运行并行程序：运行如下图的 MPIRun,，找到C:\\temp下的可执行文件，选择进程数2，选择两台机器。

图3-8 共享目录C:\\tempRun程序就ok了。

实现了多进程运行程序，实现结果如下：图3-9 运行结果四、实验结果观察CPU使用以及pf的使用率。

图4-1 单机运行结果图4-2 并行运行结果可知CPU明显负载更小了，实现了高效率并行程序的运行五、实验总结掌握了并行开发环境的搭建，通过实验可知将程序分为多进程运行能极大的提高运行效率，减轻CPU的负载。

同时通过运行MPI程序掌握基本的并行程序的开发和运行。

附1：代码；附2：运行结果附1：代码#include <stdio.h>#include "mpi.h"#include <stdlib.h>#include <time.h>#include <string.h>//print a integer arrayvoid pnt(int a[], int n){int i;for(i = 0; i < n; ++i) printf("%d ", a[i]);printf("\n");}//calculate the next arrayvoid makenext(const char* ptrn, int *next){int len = strlen(ptrn);next[0] = 0;next[1] = 0;int i = 1;while(i < len - 1){int j = next[i];while(j > 0 && ptrn[j] != ptrn[i]) j = next[j];if(ptrn[j] == ptrn[i]) next[i + 1] = j + 1;else next[i + 1] = j;i++;}//pnt(next, len);}//KMP算法int indexofsubstr(const char* str, const char* ptrn){int lenstr = strlen(str);int lenptrn = strlen(ptrn);int next[1024]; //假设模式串的长度不超过1024makenext(ptrn, next);int i = 0, j = 0;while(i < lenstr && j < lenptrn){if(str[i] == ptrn[j]){i++,j++;}else{j = next[j];// if j euqals zero, increase i by 1. Otherwize, there may be a infinite loop!if(j == 0) i++;}if(j == lenptrn) return i - j; //match successfully, return the index }return -1;}int getRand13(int x){//获得1 3随即方向int flag=0;switch(rand()%x+1){case 1: flag=1; break;case 2: flag=3; break;default:printf("ERROR");}return flag;}int getRand134(int x){//获得1 3 4 三个随即方向int flag=0;switch(rand()%x+1){case 1: flag=1; break;case 2: flag=3; break;case 3: flag=4; break;default:printf("ERROR");}return flag;}int getRand14(int x){switch(rand()%x+1){case 1: flag=1; break;case 2: flag=4; break;default:printf("ERROR");}return flag;}int getRand124(int x){int flag=0;switch(rand()%x+1){case 1: flag=1; break;case 2: flag=2; break;case 3: flag=4; break;default:printf("ERROR");}return flag;}int getRand24(int x){int flag=0;switch(rand()%x+1){case 1: flag=2; break;case 2: flag=4; break;default:printf("ERROR");}}int getFlag(int x,int y){ //1右2 ←3下4上int flag=0;if(x<9){if(y<9){flag = getRand13(2);}if(y>=9&&y<=90){flag =rand()%3+1;}if(y>90){flag = rand()%2+2;}}if(x>=9&&x<=90){if(y<9){flag = getRand134(3);}if(y>=9&&y<=90){flag =rand()%4+1;}if(y>90){flag = rand()%3+2;}}if(x>90){if(y<9){flag = getRand14(2);}if(y>=9&&y<=90){flag =getRand124(3);}if(y>90){flag =getRand24(2);}}return flag;}void insert(char martrix[100][100],int x,int y,char *p,int flag){ int k=0;int m=0;if(flag==1){//→m=0;for(k=y;k<10+y;k++){martrix[x][k]=p[m++];}}else if(flag==2){//←有问题m=0;for(k=y;k>y-10;k--){martrix[x][k]=p[m++];}}else if(flag==3){//↓m=0;for(k=x;k<10+x;k++){martrix[k][y]=p[m++];}}else if(flag==4){//↑有问题m=0;for(k=x;k>x-10;k--){martrix[k][y]=p[m++];}}}void getHorizonal(char matrix[100][100],int myid,char *p,char *p1){ int i,j;for(i=0;i<100;i++){char temp[100];for(j=0;j<100;j++){temp[j]=matrix[i][j];}if(indexofsubstr(temp, p)!=-1){printf("Process%d找到的字符串起始位置在x=%d,y=%d",myid,i,indexofsubstr(temp, p));printf("方向向→\n\n");}if(indexofsubstr(temp, p1)!=-1){printf("Process%d找到的字符串起始位置在x=%d,y=%d",myid,i,indexofsubstr(temp, p1)+9);printf("方向向←\n\n");}}}void getVertical(char matrix[100][100],int myid,char *p,char *p1){int i,j;for(i=0;i<100;i++){char temp[100];for(j=0;j<100;j++){temp[j]=matrix[j][i];}if(indexofsubstr(temp, p)!=-1){printf("Process%d找到的字符串起始位置在x=%d,y=%d",myid,indexofsubstr(temp, p),i);printf("方向向↓\n\n");}if(indexofsubstr(temp, p1)!=-1){printf("Process%d找到的字符串起始位置在x=%d,y=%d",myid,indexofsubstr(temp, p1)+9,i);printf("方向向↑\n\n");}}}int main(int argc, char* argv[]){int myid, numprocs;int i=0;int j=0;double startime,endtime,startime1,endtime1;startime=startime1=endtime=endtime1=0;char *p="xijingjing";char *p1="gnijgnijix";char matrix[100][100];// srand(time(0));//srand()函数产生一个以当前时间开始的随机种子for(i=0;i<100;i++){for(j=0;j<100;j++){matrix[i][j]=(char)(rand()%26+97);}}int x=rand()%100; int y=rand()%100;//随即插入的x、y下标//获得插入位置的方向int flag=getFlag(x,y);printf("正在将“xijingjing”随即插入二位数组中。