https://github.com/nerooc/upc-cannon-algorithm
Cannon's algorithm implemented in C with UPC (PGAS)
https://github.com/nerooc/upc-cannon-algorithm
cannon matrix-multiplication-parallel upc
Last synced: 6 months ago
JSON representation
Cannon's algorithm implemented in C with UPC (PGAS)
- Host: GitHub
- URL: https://github.com/nerooc/upc-cannon-algorithm
- Owner: nerooc
- Created: 2022-05-31T15:34:05.000Z (over 3 years ago)
- Default Branch: main
- Last Pushed: 2022-06-14T13:50:10.000Z (over 3 years ago)
- Last Synced: 2025-03-22T00:17:02.328Z (10 months ago)
- Topics: cannon, matrix-multiplication-parallel, upc
- Language: C
- Homepage:
- Size: 70.3 KB
- Stars: 0
- Watchers: 1
- Forks: 0
- Open Issues: 0
-
Metadata Files:
- Readme: README.md
Awesome Lists containing this project
README
Gabriel Chęć, Tomasz Gajda
# Mnożenie macierzy
### Algorytm Cannon'a - Projekt 2 (UPC)
## 1. Wstęp teoretyczny
Algorytm Cannon’a jest rozproszonym algorytmem mnożenia macierzy dla siatek dwuwymiarowych, który po raz pierwszy opisany został w 1969 r. przez Lynn’a Elliot’a Cannon’a.
- Algorytm jest efektywny jedynie dla struktury kwadratowej,
- Działających w algorytmie procesorów jest tyle jaki jest rozmiar macierzy.
### Algorytm Cannon’a:
1. Oznaczamy mnożone macierze jako A i B, macierz wynikową jako C, macierz procesów jako P.
2. Proces P(i, j) początkowo przechowuje A(i, j), a B(i, j) oblicza blok C(i, j) macierzy wynikowej.
3. Przekształcamy A i B w taki sposób, aby każdy proces mógł niezależnie rozpocząć mnożenie swoich lokalnych podmacierzy.
4. Przesuwamy wszystkie podmacierze A(i, j) w lewo o i kroków i wszystkich podmacierzy B(i, j) w górę o j kroków.
5. Wykonujemy mnożenie bloków lokalnych.
6. Każdy blok A przesuwamy o jeden krok w lewo, a każdy blok B przesuwamy o jeden krok w górę.
7. Wykonujemy mnożenie kolejnych bloków, dodajemy do wyniku częściowego i powtarzamy to, aż wszystkie bloki zostaną pomnożone.
### Przykład obliczania jednego z elementów macierzy wynikowej
## 2. Implementacja
Program został napisany w języku C z wykorzystaniem technologii PGAS UPC.
W programie możemy znaleźć 4 funkcje:
- **main** - główna funkcja zajmująca się przebiegiem algorytmu, czyli obliczeniami i przekształceniami,
- **print_matrix** - funkcja wypisująca macierz do konsoli w sposób sformatowany,
- **initialize_matrix** - funkcja inicjalizująca macierz poprzez wczytanie jej z pliku .csv i zapisanie w postaci tablicy,
- **save_matrix** - funkcja zapisująca macierz w postaci pliku .csv,
Program obsługuje flagę **-v (verbose)**. Po uruchomieniu programu z tą flagą możemy zobaczyć wypisane w sposób macierze mnożone oraz macierz wynikową.
Rozpoczynamy od załączenia używanej przez nas biblioteki za pomocą dyrektywy **#include “upc.h”**. Potem, alokujemy obiekty globalne które będą współdzielone pomiędzy procesorami. Korzystamy w tym miejscu ze słowa kluczowego **shared**. Trzy obiekty **(A, B i C)** będą zawierały nasze macierze wykorzystane do obliczeń. Za pomocą procesu MASTER i funkcji **initialize_matrix**, inicjalizujemy nasze macierze z plików **csv**. Następnie w pętli **upc_forall** każdy wątek przetwarza obliczenia na zaalokowanych obiektach współdzielonych. Procesy są ułożone w architekturze siatkowej - każdemu z nich odpowiada blok macierzy wejściowych. Rozpoczynamy od wstępnego przesunięcia bloków, procesy przemnażają przypisane bloki, a następnie wykonują kolejne przesunięcie. Możemy określić ile razy wykonuje się ta operacja na podstawie wymiaru naszych macierzy. Uzyskane wyniki sumujemy i zapisujemy w pomocniczej tablicy w polu o indeksie równym ID procesu. Na koniec za pomocą procesu głównego i funkcji **save_matrix** zapisujemy macierz wynikową w formacie **csv**.
## 3. Uruchomienie
Do przygotowania i uruchomienia rozwiązania służy plik makefile, w którym zdefiniowane są następujące komendy:
- **build** - komenda kompiluje nasz program,
- **nodes** - tworzy plik z węzłami,
- **run** - uruchamia skompilowany program,
- **run__verb** - jw. z parametrem verbose,
- **clean** - usuwa utworzone przy uruchamianiu pliki.
## 4. Zawartość katalogu
- **main.c** - program obsługujący zadanie,
- **makefile** - plik make pozwalający na łatwe uruchamianie,
- **A.csv** - pierwsza mnożona macierz,
- **B.csv** - druga mnożona macierz,
- **Result.csv** - przykład docelowej wynikowej macierzy,
- **Dokumentacja.pdf** - opis i dokumentacja projektu.
## 5. Materiały
- Prezentacja - [LINK](https://docs.google.com/presentation/d/129EjYHKPv4mQ-8vRnLUJHJYR8Tuz7tanogXzLdMU2go/edit#slide=id.g11bb28a1450_2_64)
- GitHub - [LINK](https://github.com/nerooc/upc-cannon-algorithm)