MPIProzesse

MPIProzesse sind die einzelnen Ausführungseinheiten eines MPI-Programms. Sie laufen in getrennten Adressräumen und kommunizieren über Nachrichten. In einer Anwendung arbeiten mehrere MPI-Prozesse zusammen, um parallele Aufgaben zu lösen, oft über mehrere Knoten hinweg.

Sie werden typischerweise mit einem MPI-Launcher wie mpirun oder mpiexec gestartet. Jedem Prozess wird eine eindeutige Rangnummer (Rank) innerhalb eines Kommunikators zugewiesen. Der Standardkommunikator MPI_COMM_WORLD umfasst in der Regel alle Prozesse der Anwendung. Kommunikatoren definieren Gruppen von Prozessen, die untereinander kommunizieren dürfen und ermöglichen flexible Topologien und Teilaufgaben.

Zu Beginn des Programms wird MPI_Init aufgerufen, um die MPI-Umgebung zu initialisieren. Danach kann jeder Prozess seinen Rang (MPI_Comm_rank) und die Gesamtzahl der Prozesse (MPI_Comm_size) abfragen. Am Ende folgt MPI_Finalize, das die MPI-Umgebung sauber beendet.

Kommunikation erfolgt vorwiegend durch Point-to-Point-Messaging (z. B. MPI_Send, MPI_Recv) oder durch kollektive Operationen (z. B. MPI_Bcast, MPI_Reduce, MPI_Gather, MPI_Scatter). Nicht-blockierende Varianten wie MPI_Isend und MPI_Irecv ermöglichen asynchrone Kommunikation. Synchronisation erfolgt über Barrieren oder kollektive Abläufe.

Jeder MPIProzess besitzt einen eigenen Speicherbereich; damit haben Prozesse standardmäßig getrennte Adressräume und sehen gemeinsame Variablen nicht direkt. Das erleichtert Fehlerisolierung und Skalierung. Intra-node-Kommunikation kann von Implementierung zu Implementierung optimiert werden (z. B. über Shared-Memory-Pfade), bleibt aber in der Grundstruktur durch getrennte Speicher getrennt.

Die Verteilung der Prozesse auf Ressourcen wie CPU-Kerne und Rechnerknoten erfolgt durch das Runtime-System entsprechend der verfügbaren Infrastruktur und den Vorgaben der Anwendung. MPIProzesse bilden damit das zentrale Konzept moderner verteilbarer Hochleistungsrechenanwendungen.