lab4

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <mpi.h>
#include <sys/time.h>

#define MAKE_GNUPLOT
#define r 1000
#define C 1e-6
#define T_MAX 0.0001
#define delta_t 0.00000001
#define num_I 175

int main(int argc, char **argv)
{
    int myrank, total;

    // создание группы процессов
    // создание области связи, описываемая коммуникатором MPI_COMM_WORLD, которая объединяет все процессы
    // MPI_COMM_SELF - область для каждого из процессов
    // MPI_SELF - для одного процесса
    // MPI_COMM_WORLD - автоматически создаваемая общая область связи;дескриптор коммуникатора
    MPI_Init(&argc, &argv); // Инициализация коммуникационных средств MPI

    int NumberOfNodes = atoi(argv[1]);

    if (NumberOfNodes % 8 != 0)
    {
        MPI_Finalize();
        printf("NumberOfNodes  / 8 = 0\n");
        exit(-1);
    }

    double *prev_u, *u;
    double *prev_U, *U, *T;
    double prev, final1, delta_T, U_const;
    struct timeval tv1, tv2, dtv;
    struct timezone tz;
    FILE *file, *file2;
    int start_time, end_time;
    int n, m, num_all;
    MPI_Status status; // Информация о принятом сообщении
    int i;
    int intBuf[2];

    // определение числа процессов в области связи коммуникатора
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &total); // общее количество параллельных процессов в группе

    // возвращает номер процесса, вызвавшего эту функцию
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &myrank); // идентификатор (номера) процесса в группе

    if (!myrank)
    {
        file = fopen("data_test.txt", "w+");
        file2 = fopen("test_static.txt", "w+");
        num_all = NumberOfNodes;
        prev_U = (double *)malloc(sizeof(double) * num_all);
        U = (double *)malloc(sizeof(double) * num_all);
        T = (double *)malloc(sizeof(double) * (T_MAX / (10 * delta_t)));
        intBuf[0] = num_all;               // общее кол-во узлов
        intBuf[1] = NumberOfNodes / total; // кол-во узлов, расчитывающихся на 1 процессе
    }

    // в лекциях; широковещательная посылка данных посылает сообщение из корневого процесса всем процессам группы, включая себя
    MPI_Bcast((void *)intBuf, 2, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD);
    n = intBuf[0];

    m = intBuf[1];
    prev_u = (double *)malloc(sizeof(double) * (m));
    u = (double *)malloc(sizeof(double) * (m));
    prev = final1 = 0;

    for (i = 0; i < m; i++)
    {
        prev_u[i] = 0;
    }

    // MPI_PROC_NULL - нуль процесс
    int NextProcNum = (myrank == total - 1) ? MPI_PROC_NULL : myrank + 1;
    int PrevProcNum = (myrank == 0) ? MPI_PROC_NULL : myrank - 1;

    if (!myrank)
        gettimeofday(&tv1, &tz);
    int j = 0;
    for (delta_T = delta_t; delta_T <= T_MAX; delta_T += delta_t, j++)
    {
        i = 0;
        U_const = 1;
        u[i] = prev_u[i] - ((2 * prev_u[i]) / r) * (delta_T / C);
        if (!myrank)
            u[i] = 100;
        else
            u[i] += ((prev + prev_u[i + 1]) / r) * (delta_T / C);
        for (i = 1; i < m - 1; i++)
        {
            if (myrank != 0 && i == 1)
            {
                u[i] = -50;
            }
            else
            {
                u[i] = ((prev_u[i - 1] - prev_u[i]) / r - (prev_u[i] - prev_u[i + 1]) / r) * (delta_T / C) + prev_u[i];
            }
        }
        u[i] = prev_u[i] - ((2 * prev_u[i]) / r) * (delta_T / C);
        if (myrank == total - 1)
        {
            u[i] = 0;
        }
        else
        {
            u[i] += ((prev_u[i - 1] + final1) / r) * (delta_T / C);
        }
        fflush(stdout);
        //        MPI_Sendrecv - прием и передача сообщений
        if (myrank != total - 1)
            MPI_Sendrecv(&u[m - 1], 1, MPI_DOUBLE, NextProcNum, 2, &final1, 1, MPI_DOUBLE, NextProcNum, 2,
                         MPI_COMM_WORLD, &status);
        fflush(stdout);
        if (myrank != 0)
            MPI_Sendrecv(&u[0], 1, MPI_DOUBLE, PrevProcNum, 2, &prev, 1, MPI_DOUBLE, PrevProcNum, 2,
                         MPI_COMM_WORLD, &status);
        // MPI_Gather - для сбора однородных данных со всех процессов группы; из u -> U; m - кол-во узлов
        MPI_Gather((void *)u, m, MPI_DOUBLE, (void *)U, m, MPI_DOUBLE, 0, MPI_COMM_WORLD);

#ifdef MAKE_GNUPLOT
        if (!myrank && (j % 10 == 0))
        {
            for (int i = 0; i < n; i++)
                fprintf(file, "%d %.10f\n", i, U[i]);
            fprintf(file, "\n\n");
        }

        // dop
        if (!myrank && (j % 200 == 0))
        {
            for (int i = 0; i < n; i++)
            {
                fprintf(file2, "%.10f %d %.10f\n", delta_T, i, U[i]);
            }

            fprintf(file2, "\n");
        }

#endif
        for (i = 0; i < m; i++)
            prev_u[i] = u[i];
    }
    if (!myrank)
    {
        gettimeofday(&tv2, &tz);
        dtv.tv_sec = tv2.tv_sec - tv1.tv_sec;
        dtv.tv_usec = tv2.tv_usec - tv1.tv_usec;
        if (dtv.tv_usec < 0)
        {
            dtv.tv_usec += 1000000;
            --dtv.tv_sec;
        }
        printf("%ld s %ld ms\n", dtv.tv_sec, dtv.tv_usec);
    }
#ifdef MAKE_GNUPLOT
    if (!myrank)
    {
        FILE *fid = fopen("comm_test.gnu", "w+");
        fprintf(fid, "set terminal gif animate loop 0\n");
        fprintf(fid, "set output 'lab4.gif'\n");
        fprintf(fid, "set xrange[0:%d]\n", n - 1);
        fprintf(fid, "set yrange[-200:200]\n");
        fprintf(fid, "set grid ytics mytics\n");
        fprintf(fid, "set grid xtics mytics\n");
        fprintf(fid, "set mytics 1\n");
        fprintf(fid, "set grid \n");
        fprintf(fid, "do for [i=0:%d]{\n", (int)(T_MAX / (10 * delta_t)));
        fprintf(fid, "plot 'data_test.txt' index i using 1:2 smooth bezier\npause 0.1}\npause -1\n");
        fclose(fid);
    }

    // dop
    if (!myrank)
    {
        FILE *comm_static = fopen("comm_static.gnu", "w+");
        fprintf(comm_static, "set cbrange [-50:100]\n");
        fprintf(comm_static, "plot 'test_static.txt' using 2:1:3 with image\n");
        fprintf(comm_static, "pause(100)\n");

        FILE *comm_balls = fopen("comm_balls", "w+");
        fprintf(comm_balls, "set style fill transparent solid 1 noborder\n");
        fprintf(comm_balls, "set style circle radius 0.3\n");
        fprintf(comm_balls, "set cbrange [-50:100]\n");
        fprintf(comm_balls, "plot 'test_static.txt' using 2:1:3 with circles palette\n");
        fprintf(comm_balls, "pause(100)\n");
    }

#endif
    if (!myrank)
        fclose(file);
    MPI_Finalize(); // MPI_Finalize - окончание работы
    exit(0);
}