Для работы с русскими буквами в Matlab'е необходимо правильно настроить кодировку файла с программой, и, при необходимости, настроить ввод русских букв в клиентской программе.

Возможны два варианта настройки кодировки файла с программой:

1. Если в основном вы работаете в Windows, то рекомендуется использование кодировки CP1251.
2. Если вы создаёте, редактируете и запускаете программы в основном в Linux, то рекомендуется использование кодировки UTF-8 (кодировка на кластере по умолчанию).

Вариант 1
На кластере "Уран" при запуске Matlab'а можно включить Windows-кодировку CP1251. Для этого необходимо запускать Matlab в окне терминала следующей командой:

LANG=ru_RU.CP1251 matlab

После этого можно нормально работать с файлами, подготовленными в Windows.

Внимание. Данный вариант может не сработать при запуске счётной задачи на узлах кластера.
Как минимум, в начало счетной программы надо вставить команду:

feature('DefaultCharacterSet', 'cp-1251');

После этого строки, выводимые функцией fprintf(), будут сохраняться в правильной кодировке. Строки на русском языке, выводимые функцией disp(), к сожалению, будут испорчены в любом случае.

Если в программе для вывода результатов используется функция disp(), выполняются операции сравнения или сортировки строк с русскими буквами, то стоит попробовать второй вариант.

Вариант 2
После передачи файла из Windows на кластер можно перекодировать его в кодировку UTF-8. Следует помнить, что перекодированный файл будет некорректно отображаться в Windows, зато он без проблем будет обрабатываться на кластере.

2.a Перекодирование файла на кластере в командной строке. Файл перекодируется с помощью команды

iconv -c -f WINDOWS-1251 -t UTF-8 winfile.m > unixfile.m 

где winfile.m - имя исходного файла, а unixfile.m - перекодированного (подставьте вместо winfile.m и unixfile.m имена ваших файлов, главное, помните - они должны быть различными). Затем можно открыть новый файл в Matlab'е.

2.b Перекодирование файла на кластере в текстовом редакторе. Для перекодирования файла необходимо запустить текстовый редактор KWrite (Linux'овская кнопка "Пуск", затем ввести в строке поиска имя редактора). При открытии файла с программой указать кодировку cp1251, убедиться, что русские буквы читаются правильно, затем выбрать пункт меню "Файл ->Сохранить как" и указать при сохранении кодировку UTF-8.

Если есть необходимость перекодировать файлы, полученные с кластера, то это также можно сделать с помощью KWrite. При открытии файла надо выбрать кодировку UTF-8, а потом сохранить файл в кодировке cp1251.

В командной строке перекодирование из Linux в Windows выглядит так:

iconv -c -f UTF-8 -t WINDOWS-1251 unixfile.m > winfile.m

Примечание для администраторов
В дистрибутиве RHEL и его производных (CentOS, Scientific Linux) отсутствует файл локализации ru_RU.CP1251. Поэтому "Вариант 1" не сработает (Matlab не запустится с сообщением о невозможности установить указанный язык).
Для генерации файла с кодировкой администратор должен выполнить в Linux'е команду:

localedef -i ru_RU -f CP1251 ru_RU.CP1251

Историческое примечание
Старые версии Matlab'а (до 2010 года) умели работать с единственной кодировкой русских букв ISO-8859-5. Для того, чтобы ее настроить на серверной стороне, необходимо установить переменную окружения LANG в значение ru_RU.8859-5 .
1) Для корректной обработки русских букв на вычислительных узлах
в файл ".bashrc" из домашнего каталога пользователя (~/.bashrc) необходимо вставить следующую строку:

export LANG=ru_RU

2) в настройках сессии программы PuTTY, в разделе Translation, установить кодировку ISO-8859-5:1999 (Latin/Cyrillic) и сохранить эту сессию для работы с системой Matlab в дальнейшем.

• Основные сведения
• Действия пользователя
  • Запуск параллельной программы из командной строки
  • Запуск параллельной программы в окне Matlab
  • Доступ к объекту Job, состояние работы
  • Вывод результатов
  • Рекомендации
• Пример запуска программы

Основные сведения

Параллельная программа - это программа, копии которой, запущенные на кластере одновременно, могут взаимодействовать друг с другом в процессе счета.

Программа пользователя должна быть оформлена как функция (не скрипт) и находиться в начале запускаемого файла, т.е. предшествовать возможным другим вспомогательным функциям. Имя файла должно совпадать с именем первой (основной) функции в файле. Одноименная с файлом функция, не являющаяся первой, никогда не будет выполнена, так как независимо от имени всегда выполняется первая функция файла. Файл должен иметь расширение "m" (Пример параллельной программы).

Для выполнения программы пользователя всегда вызывается программа MatLab.

При запуске программы пользователя на кластере в программе MatLab создаётся объект Job (работа) с описанием параллельной работы, которое включает определение объекта Task (задача), непосредственно связанного с заданной программой. Можно сказать, что копия работающей программы представлена в системе MatLab объектом Task.

Каждый объект Job получает идентификатор (ID) в системе MatLab, равный порядковому номеру. Нумерация начинается с 1.
Соответствующее имя работы вида Job1, выдаваемое при запуске, хранится в переменной окружения MDCE_JOB_LOCATION и может быть использовано в программе, а сам объект доступен пользователю во время сеанса MatLab.
Аналогично пользователь имеет доступ и к объектам Task (задача), которые также нумеруются с 1. Идентификатор или номер задачи (1,2,...) - это номер соответствующего параллельного процесса (lab) и его можно узнать с помощью функции labindex, а общее число запущенных копий с помощью функции numlabs.

Имена работы (Job1), задач (Task1, Task2,…) используются в процессе вычислений для формирования имен файлов и каталогов, связанных с заданной программой. Так, каталог вида Job1 содержит наборы файлов с информацией по задачам. Имена этих файлов начинаются соответственно с Task1, Task2, … Например, файлы вывода имеют вид Task1.out.mat, Task2.out.mat, … и содержат, в частности, выходные параметры функции пользователя (массив ячеек argsout).

Программа пользователя, оформленная в виде объекта Job, поступает в распоряжение системы запуска, которая ставит её в очередь на счет с присвоением своего уникального идентификатора.

Система запуска создает каталог вида my_function.1, например для файла my_function.m. В этом каталоге пользователю может быть интересен, в частности, файл errors (см. Возможные ошибки). Заметим, что пользователь должен сам удалять ненужные каталоги вида имя_функции.номер (номера растут, начиная с 1).

Если ресурсов кластера достаточно, то на каждом участвующем в вычислении процессоре (ядре для многоядерных процессоров) начинает выполняться копия программы-функции пользователя при условии наличия достаточного числа лицензий (в настоящее время система запуска не контролирует число лицензий, доступность лицензий определяется в начале счета).

Пользователь может контролировать прохождение своей программы через систему запуска как в окне системы Matlab, например, с помощью Job Monitor (см. п. Доступ к объекту Job ), так и из командной строки с помощью команд системы запуска (запросить информацию об очереди, удалить стоящую в очереди или уже выполняющуюся программу).

Действия пользователя

Войти на кластер (с помощью PuTTY или MobaXterm) и запустить программу-функцию из командной строки или в окне системы Matlab, указав необходимое для счета число параллельных процессов и максимальное время выполнения в минутах.
В ответ пользователь должен получить сообщение вида:

Job output will be written to: /home/u1303/Job1.mpiexec.out

где Job1 - имя сформированной работы, 1 - идентификатор работы
(/home/u1303 - домашний (личный) каталог пользователя).
Замечание. Для локализации результатов вычислений рекомендуется осуществлять запуск программы (даже в случае запуска встроенных функций Matlab ) из рабочего каталога, специально созданного для данной программы в домашнем каталоге.

Запуск параллельной программы из командной строки

Команда запуска mlrun имеет вид

mlrun -np <number_of_procs> -maxtime <mins> <func> ['<args>']

где
<number_of_procs> - число параллельных процессов (копий программы)
<mins> - максимальное время счета в минутах
<func> - имя файла с одноименной функцией (например, my_function)
<args> - аргументы функции (не обязательный параметр) берутся в одиночные кавычки и представляются в виде
        k,{arg1,...,argn}
где k - число выходных аргументов функции, а в фигурных скобках список ее входных аргументов. При отсутствии аргументов у функции, что соответствует "0,{}", их можно опустить. Например, для файла my_function.m с одноименной функцией без параметров запуск имеет вид:

mlrun -np 8 -maxtime 20 my_function

где 8 - число процессов, 20 - максимальное время счета в минутах.

Запуск параллельной программы в окне Matlab

В командном окне Matlab (Command Window) вызвать служебную функцию imm_sch, которой в качестве параметров передать число процессов, время выполнения и предназначенную для параллельных вычислений функцию с аргументами или без, сохраняя (рекомендуется) или не сохраняя в переменной (например, job) ссылку на созданный объект Job (имя функции набирается с символом "@" или в одиночных кавычках):

job = imm_sch(np,maxtime,@my_function,k {arg1,...,argn});

или

job = imm_sch(np,maxtime,'my_function',k,{arg1,...,argn});

Так, для примера выше запуск в окне Matlab будет иметь вид:

job = imm_sch(8,20,@my_function);

Доступ к объекту Job, состояние работы

Все работы хранятся на кластере. При необходимости доступа к работе, на которую в текущий момент отсутствует ссылка, можно (1) в окне Job Monitor правой кнопкой мыши выделить нужную работу и выбрать соответствующую опцию в контекстном меню или (2) по идентификатору (ID) определить ссылку на работу (обозначенную ниже job), используя, например, команды:

c = parallel.cluster.Generic
job = c.findJob('ID',1)

Состояние работы (State) можно:
(1) увидеть в окне Job Monitor или
(2) выдать в окне Command Window, набрав
    job.State
Основные значения состояния работы следующие:
    pending      (ждет постановки в очередь)
    queued       (стоит в очереди)
    running      (выполняется)
    finished     (закончилась)

Окончания счета (состояние finished) можно ждать с помощью функции wait,    wait(job)    или    job.wait()

Примечание.
Вышеприведенные команды предназначены для версий MatLab с профилем кластера, т.е. начиная с R2012a. В ранних версиях (с конфигурацией кластера) следует набирать:

s = findResource('scheduler', 'type', 'generic')
job = findJob(s,'ID',1)

При этом в поле DataLocation структуры s должен быть текущий каталог (тот, в котором ищем работу). Если каталог другой, то можно выполнить

clear all

и повторить предыдущие команды.

Вывод результатов

В окне Matlab (с R2012a) для работы job и любой ее задачи (Task) с номером n=1,2,... можно выдать (далее для удобства n=1)
1) протокол сеанса:

job.Tasks(1).Diary

2) информацию об ошибках (поле ErrorMessage):
     job.Tasks(1)      или      job.Tasks(1).ErrorMessage
3) результаты (значения выходных параметров) работы job в целом (по всем Task-ам):

out = job.fetchOutputs

Тогда для 1-ой задачи (Task) значение единственного выходного параметра:
     res = out{1}
В случае нескольких выходных параметров соответственно имеем для 1-го, 2-го, ... :
     res1 = out{1,1}
     res2 = out{1,2}
Другой способ выдачи результатов по задачам

out1 = job.Tasks(1).OutputArguments

Замечания.
1. Эту же информацию можно выдать, запустив Matlab в интерактивном текстовом режиме (matlab -nodisplay) и набирая затем упомянутые команды.
2. Если ссылка на работу (job) отсутствует, то ее можно найти по идентификатору.
3. Для ранних версий (до R2012a) следует использовать следующие команды, чтобы выдать
   1) протокол сеанса:

job.Tasks(1).CommandWindowOutput

   3) результаты (значения выходных параметров) работы job в целом (по всем Task-ам):

out = job.getAllOutputArguments

Рекомендации

1. Начать работу на кластере рекомендуется с запуска своей последовательной программы в тестовом однопроцессном варианте, например,

mlrun -np 1 -maxtime 20 my_function

где my_function – функция без параметров, максимальное время счета 20 минут.
2. После преобразования последовательной программы в параллельную её работоспособность можно проверить, выполняя шаги, приведенные в пункте Как убедиться в работоспособности программы при рассмотрении примеров с распределенными массивами.

Пример запуска программы

Для запуска программы на кластере используем функцию rand, вызываемую для генерации 2х3 матрицы случайных чисел (традиционный вызов функции: y = rand(2,3)).
Для получения 4 экземпляров матрицы задаем число процессов, равное 4. Максимальное время счета пусть будет равно 5 минутам.

Запускать функцию будем на кластере "Уран" (umt) в каталоге test, специально созданном заранее в домашнем каталоге пользователя /home/u9999, где u9999 – login пользователя (см. Схема работы на кластере и Базовые команды ОС UNIX).

Для запуска функции rand из командной строки используется команда mlrun,
а из системы Matlab – служебная функция imm_sch.

Для запуска из командной строки войти на umt через PuTTY и выполнить команду

mlrun -np 4 -maxtime 5 rand '1,{2,3}'

Для запуска из окна Matlab войти на umt из MobаXterm, вызвать Matlab командой

matlab &

и в открывшемся окне набрать

job = imm_sch(4,5,@rand,1,{2,3});

где job – ссылка на сформированную работу.

Можно работать в системе Matlab, войдя на umt через PuTTY и запустив её в интерактивном текстовом режиме командой

matlab -nodisplay

В ответ на приглашение (>>) следует соответственно набрать

job = imm_sch(4,5,@rand,1,{2,3});

Выход из Matlab осуществляется по команде exit.

После выполнения mlrun или imm_sch выдается строка вида

Job output will be written to: /home/u9999/test/Job1.mpiexec.out

где Job1 - имя сформированной работы, 1 - идентификатор (номер) работы.

Если ресурсов кластера достаточно, задача войдет в решение (см. Запуск задач на кластере). Иначе для ускорения запуска на кластере небольших (отладочных) задач можно вместо выделенного задаче раздела назначить debug командой вида:

scontrol update   job 8043078    partition=debug

где 8043078 — уникальный идентификатор (JOBID) задачи.

Дожидаемся окончания задачи, т.е. job.State должно быть finished.
В окне Matlab контролировать состояние задачи удобно с помощью Job Monitor.

Результаты выдаем с помощью команд:
со всех процессов

out = job.fetchOutputs

а для выдачи матрицы, полученной 1-ым процессом (т.е. Task1)

out{1}

и т.д.

Для выдачи результатов ранее посчитанной работы, на которую в текущий момент нет ссылки, следует обеспечить к ней доступ, например используя Job Monitor.

• Введение
• 1. Запуск частично параллельной программы с неявным заданием пула
• 2. Запуск частично параллельной программы с явным заданием пула
  на основе профиля кластера
  • Запуск частично параллельной программы на Matlab клиенте
  • Запуск частично параллельной программы в пакетном режиме с помощью команды batch
  • Вывод результатов

Введение

Частично параллельной будем называть программу, при выполнении которой наряду с последовательными возникают параллельные вычисления, инициируемые параллельными конструкциями языка Matlab parfor и spmd.

Использование параллельного цикла parfor или параллельного блока spmd предполагает предварительное открытие Matlab пула, т.е. выделение необходимого числа процессов (Matlab workers или labs), на локальной машине или на кластере.

Запуск частично параллельных программ с открытием Matlab пула на кластере можно выполнять
(1) по аналогии с запуском параллельных программ из командной строки или в окне системы Matlab (запуск с неявным заданием пула) или
(2) на основе профиля кластера (с версии R2012a, ранее параллельной конфигурации) при работе в окне системы Matlab (запуск с явным заданием пула).

Пользователь может контролировать прохождение своей программы через систему запуска как в окне системы Matlab (с версии R2011b) с помощью Job Monitor (см. пункт меню Parallel), так и из командной строки с помощью команд системы запуска.

1. Запуск частично параллельной программы с неявным заданием пула

При запуске из командной строки вместо команды mlrun (для параллельных программ) следует использовать команду mlprun, например,

mlprun -np 12 -maxtime 20 my_function '1, {x1, x2}'

а при запуске в окне вместо функции imm_sch использовать функцию imm_sch_pool, например,

job = imm_sch_pool(12,20,@my_function,1,{x1,x2});

для функции, определенной как

function y = my_function(x1,x2)

и запущенной на 12 процессах с максимальным временем счета 20 минут.

При этом один процесс будет выполнять программу-функцию, а оставшиеся будут использованы в качестве пула.

В результате запуска программа ставится в очередь на счет и, если ресурсов кластера достаточно, входит в решение.
Вывод результатов осуществляется так же, как и в случае параллельных программ.

2. Запуск частично параллельной программы с явным заданием пула
на основе профиля кластера

Явное задание пула возможно при работе в окне Matlab с помощью команды matlabpool (см. help matlabpool). Число выделенных процессов и время, в течение которого они будут доступны пользователю, зависят от заданного профиля кластера (см. пункт меню Help/Parallel Computing Toolbox/Cluster Profiles).
Команда

matlabpool

без параметров открывает пул, используя профиль по умолчанию с указанным в нем размером пула. В ИММ УрО РАН по умолчанию Matlab пул открывается на узлах кластера (тип кластера Generic), поскольку управляющий компьютер, выступающий в роли локальной машины (Matlab client), не должен использоваться для длительных вычислений.
Пользователь может выбрать профиль по умолчанию из уже существующих профилей или создать новый, используя пункт меню Parallel окна Matlab.

Команда matlabpool с указанием размера пула, например

matlabpool open 28

открывает пул, переопределяя размер, заданный по умолчанию. При этом следует иметь в виду, что существует ограничение на максимальное число доступных пользователю процессов на кластере.
В результате открытия пула сформированная для кластера работа с именем вида JobN (где N=1,2,...) поступает в распоряжение системы запуска и ставится в очередь на счет. Если свободных процессов достаточно, то пул будет открыт на время, заданное в профиле по умолчанию, с выдачей сообщения вида:

Starting matlabpool using the 'imm_20mins' profile ... Job output will be written to: /home/u1303/my_directory/Job1.mpiexec.out
connected to 28 labs.

Размер пула можно узнать, набрав

matlabpool size

По завершении вычислений, связанных с пулом, его следует закрыть

matlabpool close

Внимание. Пул закрывается по истечении времени с диагностикой вида:

The client lost connection to lab 12.
This  might be due to network problems, or the interactive matlabpool job might have errored.

Запуск частично параллельной программы на Matlab клиенте
(не разрешается для длительных вычислений)
Итак, схема использования параллельных конструкций parfor и spmd в окне Matlab такова:

matlabpool
     ...
% вычисления с использованием parfor или spmd,
% выполняемые построчно или 
% собранные в программу (частично параллельную)
% и запущенные из файла
     ...
matlabpool close

При этом все вычисления, кроме параллельных, выполняет Matlab client (см., например, Introduction to Parallel Solutions/Interactively Run a Loop in Parallel.)

Запуск частично параллельной программы с помощью команды batch
В системе Matlab существует команда (функция) batch, которая позволяет запускать программы в пакетном режиме, разгружая Matlab client (см., например, Introduction to Parallel Solutions/Run a Batch Job). Эта команда выполняется асинхронно, т.е. интерактивная работа пользователя не блокируется.
Где будет выполняться программа и максимально сколько времени, определяется планировщиком (scheduler), заданным в профиле кластера по умолчанию: в ИММ на кластере, тип планировщика generic. Для выполнения программы создается объект Job (работа). Команда batch вида

job = batch('my_mfile')

(job - ссылка на объект работа)
запускает программу (скрипт или функцию) my_mfile в однопроцессном варианте. В ответ на команду batch выдается сообщение вида

Job output will be written to: /home/u1303/my_directory/Job1.mpiexec.out

содержащее идентификатор работы (ID), равный здесь 1. Сформированная для кластера работа ставится в очередь и при наличии свободных процессов входит в решение с именем очереди вида my_mfile.1.

Для запуска на кластере частично параллельной программы можно использовать команду batch с открытием пула. При этом выделяемое на кластере число процессов будет на 1 больше заданного размера пула.
Так, например, для выполнения команды

job = batch('my_mfile','matlabpool',11)

потребуется 12 процессов: 1 для программы my_mfile, 11 для пула (см., например, Introduction to Parallel Solutions/Run a Batch Parallel Loop). Время счета здесь определяется временем, заданным в профиле по умолчанию (в аналогичной команде imm_sch_pool все аргументы задаются явно).

Вывод результатов

По завершении работы job можно выдать
1) протокол сеанса

job.diary

2) результаты работы

out=job.fetchOutputs
celldisp(out)

(fetchOutputs вместо getAllOutputArguments в ранних версиях, использовавших конфигурацию кластера, а не профиль)
3) информацию об ошибках (поле ErrorMessage)

job.Tasks(1)

или

job.Tasks(1).ErrorMessage

Программа с использованием GPU - это параллельная программа, каждая ветвь (копия, процесс), которой может использовать своё GPU.
Поэтому к программе с GPU применимо почти все, что относится к параллельной программе (в частности, это должна быть программа-функция). Особенности запуска программ с GPU отмечены ниже.

Программа с использованием GPU в результате запуска ставится в очередь на счет в системе SLURM. Пользователь может контролировать прохождение своей программы через эту систему с помощью соответствующих команд или в окне системы Matlab (с версии R2011b) с помощью Job Monitor (см. пункт меню Parallel).

При запуске программы-функции, как обычно, указывается необходимое для счета число параллельных процессов и максимальное время выполнения в минутах, но используются другие команды.

Запуск программы на счет осуществляется по аналогии с запуском параллельных программ:
из командной строки с помощью команды mlgrun, например,

mlgrun -np 8 -maxtime 20 my_gpufunction

или в окне системы Matlab с помощью служебной функции imm_sch_gpu, например,

job = imm_sch_gpu(8,20,@my_gpufunction);

В приведенных командах запускается функция без параметров с использованием 8 процессов, 20 минут - максимальное время счета.
При этом каждый из 8 процессов (копий функции) может использовать своё GPU.

При наличии параметров у функции они указываются по тем же правилам, что и в случае параллельной программы.

1) Если не хватает лицензий для запуска на кластере функции my_function из одноименного файла my_function.m, то информация об ошибке находится в файле вида my_function.1/errors. При этом, как правило, файл my_function.1/output содержит MPIEXEC_CODE=123. Число свободных лицензий, кто и какие лицензии занимает, можно узнать, используя команду lmstat.
Внимание. В настоящее время система запуска не контролирует число лицензий, доступность лицензий определяется только в начале счета.

2) ErrorMessage содержит ошибки трансляции, например:

Undefined function or variable 'my_function'.

Имя или расширение файла, имя функции или переменной отсутствует или указано неверно. Имя может отсутствовать по причине случайного запуска из другого каталога.

Invalid function name 'j-cod'.

В именах файлов и функций не должно быть минуса ("-"), только подчерк ("_").

Invalid file identifier.  Use fopen to generate a valid file identifier.

Возможно, имя файла задано русскими буквами.
Внимание. В случае таких ошибок в файле my_function.1/errors обычно содержится строка

[0]application called MPI_Abort(MPI_COMM_WORLD, 42) - process 0

Помните: имя файла должно совпадать с именем первой функции в файле, так как
(1) при запуске программы ищется файл с именем, указанным в команде запуска, и
(2) в нем выполняется, прежде всего, первая функция.
Если они не совпадают и при запуске указано имя функции (например, my_function), то файл не будет найден и будет выдана ошибка вида:

Undefined function or variable 'my_function'.

Если они не совпадают и при запуске указано имя файла (например, my_code), то выполнится первая функция файла независимо от ее имени. При этом наличие одноименной с файлом функции, не являющейся первой, приведет к выдаче в протоколе сеанса предупреждения вида:

Warning: File: my_code.m Line: 25 Column: 14
Function with duplicate name "my_code" cannot be called.

3) Если выполнение программы прервано принудительно, например, по истечению времени, то выходная информация отсутствует (т.е. файлы вывода вида Task1.out.mat будут пусты). При этом состояние работы (поле State) будет running, в то время как состояния её задач (поля State для Tasks(n), где n=1,2,...) могут быть как running, так и finished, если часть копий программы успела финишировать до окончания заказанного времени.
В случае исчерпания времени соответствующая информация попадает в файл my_function.1/errors.

4) В случае аварийного завершения работы программы в домашнем каталоге пользователя (~) могут оставаться файлы вида mpd.hosts.123456 и mpd.mf…
Их следует периодически удалять вручную.

Работу, в которой нет больше необходимости, следует уничтожить, используя Job Monitor (Delete в контекстном меню) или функцию delete, освобождая тем самым ресурсы кластера

job.delete

также удалить файл вида Job1.mpiexec.out (где Job1 - имя удаляемой работы),
а затем почистить Workspace

clear job

Если эти действия не выполняются пользователем регулярно, то при очередных запусках будут создаваться и накапливаться файлы новых работ Job2, Job3 и т.д.

Не все работы заканчиваются с признаком finished. Так, по истечении времени счета работа будет прервана в состоянии running.
Для уничтожения в текущем каталоге всех или только завершившихся (finished) работ можно воспользоваться написанной в ИММ УрО РАН функцией job_destroy.

Вызов job_destroy без параметра
из командной строки:

echo 'job_destroy, exit' | matlab -nodisplay

в окне:

job_destroy

уничтожает только завершившиеся работы.

Вызов job_destroy с параметром (тип и значение параметра не существенны)
из командной строки:

echo 'job_destroy(1), exit' | matlab -nodisplay

или

echo "job_destroy('all'), exit" | matlab -nodisplay

в окне:

job_destroy(1)

или

job_destroy('all')

уничтожает все работы в текущем каталоге.
Внимание! В состоянии running, разумеется, находятся выполняющиеся в текущий момент работы, поэтому выполняйте команду job_destroy(1) только тогда, когда Вы твердо уверены, что все работы закончились (нормально или аварийно).
После выполнения этой команды нумерация работ начинается с 1.

После уничтожения ненужных работ следует удалить на них ссылки в Workspace с помощью команды clear.

Важные замечания.
1. Нумерация работ (Job) в каталоге пользователя начнется с 1 в новом сеансе Matlab при отсутствии каталогов и файлов предыдущих работ (Job...).
2. Каталог вида my_function.1 не удаляется при использовании команды job_destroy. При новых запусках одной и той же программы образуются аналогичные каталоги с возрастающими номерами: my_function.2, my_function.3…
Пользователь должен сам удалять ненужные каталоги.

Пример взят с сайта MathWorks и иллюстрирует основные (базовые) принципы программирования параллельной программы-функции.

Копия работающей функции, т.е. задача (Task), для которой значение labindex равно 1, создает магический квадрат (magic square) с числом строк и столбцов равным числу выполняющихся копий (numlabs) и рассылает матрицу с помощью labBbroadcast остальным копиям. Каждая копия вычисляет сумму одного столбца матрицы. Все эти суммы столбцов объединяются с помощью функции gplus, чтобы вычислить общую сумму элементов изначального магического квадрата.

function total_sum = colsum
if labindex == 1
  % Send magic square to other labs
  A = labBroadcast(1,magic(numlabs)) 
else
  % Receive broadcast on other labs
  A = labBroadcast(1) 
end
% Calculate sum of column identified by labindex for this lab
column_sum = sum(A(:,labindex))
% Calculate total sum by combining column sum from all labs
total_sum = gplus(column_sum)
end

Существуют альтернативные методы получения данных копиями функций, например, создание матрицы в каждой копии или чтение каждой копией своей части данных из файла на диске и т.д.

В прикрепленном файле ml_session.PNG (см. ниже) демонстрируется запуск функции colsum в окне системы Matlab с использованием 4-х вычислительных процессов и максимальным временем счета 1 минута.

Функция хранится как файл colsum.m в каталоге ng5 пользователя (полный путь: /home/u1303/ng5). После запуска imm_sch_f(4,1,'colsum',1,{});, а в более поздних версиях (с учетом переименования служебной функции в imm_sch)

job = imm_sch(4,1,@colsum,1);

выдается сообщение вида:

Job output will be written to: /home/u1303/ng5/Job1.mpiexec.out

в котором указано имя сформированной работы Job1.
Проверив состояние работы и убедившись, что она закончилась, можно выдать результаты счета.

• Введение
• Как можно использовать распределенные массивы
  • Пример 1. Деление массива на части
  • Пример 2. Построение массива из локальных частей
• Как убедиться в работоспособности программы

Введение

Распределение данных по процессам предназначено для ускорения счета и экономии памяти.
Параллельные вычисления с использованием распределенных массивов подробно описаны на сайте Matlab, в частности, в подразделе Working with Codistributed Arrays.

Распределенный массив состоит из сегментов (частей), каждый из которых размещен в рабочей области (workspace) соответствующего процесса (lab). При необходимости информацию о точном разбиении массива можно запросить с помощью функции getCodistributor (подробнее см. Obtaining information About the Array). Для просмотра реальных данных в локальном сегменте распределенного массива следует использовать функцию getLocalPart.

Возможен доступ к любому сегменту распределенного массива.
Доступ к локальному сегменту будет быстрее, чем к удаленному, поскольку последний требует посылки (функция labSend) и получения (функция labReceive) данных между процессами.
Содержимое распределенного массива можно собрать с помощью функции gather в один локальный массив, продублировав его на всех процессах или разместив только на одном процессе.

Использование распределенных массивов при параллельных вычислениях сокращает время счета благодаря тому, что каждый процесс обрабатывает свою локальную порцию исходного массива (сегмент распределенного массива).

Существует 3 способа создания распределенного массива (см. Creating a Codistributed Array):
1) деление исходного массива на части,
2) построение из локальных частей (меньших массивов),
3) использование встроенных функций Matlab (типа rand, zeros, ...).

1) Деление массива на части может быть реализовано с помощью функции codistributed (Пример 1). При этом в рабочей области каждого процесса расположены исходный массив в своем полном объеме и соответствующий сегмент распределенного массива. Таким образом, этот способ хорош при наличии достаточного места в памяти для хранения тиражируемого (replicated) исходного массива.
Размерности исходного и распределенного массивов совпадают.

Деление массива может быть произведено по любому из его измерений.
По умолчанию в случае двумерного массива проводится горизонтальное разбиение, т.е. по столбцам, что выглядит естественно с учетом принятого в системе Matlab размещения матриц в памяти по столбцам (как в Фортране).

2) При построении распределенного массива из локальных частей в качестве сегмента распределенного массива берется массив, хранящийся в рабочей области каждого процесса (Пример 2). Таким образом, распределенный массив рассматривается как объединение локальных массивов. Требования к памяти в этом случае сокращаются.

3) Для встроенных функций Matlab (типа rand, zeros, ...) можно создавать распределенный массив любого размера за один шаг (см. Using MATLAB Constructor Functions).

Вверх
Как можно использовать распределенные массивы

В приводимых ниже примерах решение задачи связано с вычислением значений некоторой функции, обозначенной my_func. При этом вычисление одного значения функции требует длительного времени.

Даются возможные схемы решения таких задач с использованием распределенных массивов. Показан переход от исходной последовательной программы к параллельной с распределенными вычислениями. Соответствующие изменения выделены.
Замечание.
Хотя дистрибутивные массивы совместимы (в отличие от цикла parfor и GPU) с глобальными переменными, необходимо тщательно следить за тем, чтобы изменения глобальных переменных в процессе обработки одной порции данных не влияли на результаты обработки других порций, тем самым обеспечивая независимость вычислений частей дистрибутивных массивов.
Там, где допустимо, проще использовать цикл parfor или вычисления на GPU.

Вверх
Пример 1. Деление массива на части

Пусть требуется вычислить значения некоторой функции 10 вещественных переменных. Аргументом функции является 10-мерный вектор.
Значение функции необходимо вычислить для n точек (значений аргумента), заданных 10хn матрицей. Вычисление матрицы производится по некоторому заданному алгоритму и не требует много времени.

Обозначения.
my_func - вычисляемая функция
М - массив для аргументов функции my_func
F - массив для значений функции my_func
M_distr - распределенный массив для M (той же размерности)
F_distr - распределенный массив для F (той же размерности)

Исходная программа
Результирующая программа

function test_1()                                                             
% инициализация данных
n=1000;
...
% резервирование памяти
M = zeros(10,n);
F = zeros(1,n);
% заполнение матрицы М
...

function test_1()                                                             
% инициализация данных
n = 1000;
...
% резервирование памяти
M = zeros(10,n);
F = zeros(1,n);
% заполнение матрицы М
...
% создание распределенных массивов
% разбиение по умолчанию проводится  
% по столбцам (2-му измерению) 
M_distr = codistributed(M);
F_distr = codistributed(F);   

% вычисление функции
for i = 1:n 
  F(1,i) = my_func(M(:,i));
end

% вычисление функции
for i = drange(1:size(M_distr,2))
  F_distr(1,i) = my_func(M_distr(:,i));
end
% сбор результатов на 1-ом процессе
F = gather(F_distr,1);

save ('test_res_1.mat', 'F', 'M');

if labindex == 1
  save ('test_res_1.mat', 'F', 'M');
end

return
end

return
end

Вверх

Пример 2. Построение массива из частей.
Распределенный массив как объединение локальных массивов

Сформировать таблицу значений функции 2-х вещественных переменных ((x,y) --> F) на прямоугольной сетке размера 120x200, заданной векторами (x1:x2:x3 и y1:y2:y3). Существует алгоритм вычисления значения функции в точке , обозначенный my_func.

Обозначения.
my_func - вычисляемая функция 2-х переменных
F - массив для значений функции my_func
F_loc - локальный массив, который заполняется соответствующими значениями функции на каждом процессе и затем берется за основу (рассматривается как сегмент) при построении распределенного массива F_distr
F_distr - распределенный массив, содержимое которого собирается в массиве F на 1-ом процессе

Вариант 1.
Распараллеливание проводится по внешнему циклу (по x - первому индексу).
Предполагается, что число строк 120 кратно numlabs - числу процессов, заказанных при запуске программы на счет.

Исходная программа
Результирующая программа

function test_2()                                                             
% инициализация данных,
% в частности, 
% x1, x2, x3, y1, y2, y3
...
  
function test_2()                                                             
% инициализация данных,
% в частности, 
% x1, x2, x3, y1, y2, y3
...
m_x = x1:x2:x3;
n = 120/numlabs;   

% выделение памяти
F = zeros(120,200);
% вычисление функции
i = 1;
for x = x1:x2:x3 
  ...

% выделение памяти
F_loc = zeros(n,200);
% вычисление функции
% i = 1;
for i = 1:n 
  k = (labindex-1)*n + i;
  x = m_x(k);
  ...
 
  j = 1;
  for y = y1:y2:y3
    F(i,j) = my_func(x,y);
    j = j + 1;
  end
  i = i + 1;
end

  j = 1;
  for y = y1:y2:y3
    F_loc(i,j) = my_func(x,y);
    j = j + 1;
  end
%   i = i + 1; 
end
% распараллеливание проведено по строкам 
% (1-му измерению) => codistributor1d(1, ...)
codist = codistributor1d(1, [], [120 200]);
F_distr = codistributed.build(F_loc, codist);
F = gather(F_distr, 1);

save ('test_res_2.mat', 'F');

if labindex == 1
  save ('test_res_2.mat', 'F');
end

return
end

return
end

Вариант 2.
Распараллеливание проводится по внутреннему циклу (по y - второму индексу).
Предполагается, что число столбцов 200 кратно numlabs - числу процессов, заказанных при запуске программы на счет.

Исходная программа
Результирующая программа

function test_2()                                                             
% инициализация данных,
% в частности, 
% x1, x2, x3, y1, y2, y3
...
  
function test_2()                                                             
% инициализация данных,
% в частности, 
% x1, x2, x3, y1, y2, y3
...
m_y = y1:y2:y3;
n = 200/numlabs;   

% выделение памяти
F = zeros(120,200);
% вычисление функции
i = 1;
for x = x1:x2:x3 
  ...
  j = 1;
  for y = y1:y2:y3

% выделение памяти
F_loc = zeros(120,n);
% вычисление функции
i = 1;
for x = x1:x2:x3 
  ...
%   j = 1;
  for j = 1:n 
    k = (labindex-1)*n + j;
    y = m_y(k);
 
    F(i,j) = my_func(x,y);
    j = j + 1;
  end
  i = i + 1;
end

    F_loc(i,j) = my_func(x,y);
%     j = j + 1;
  end
  i = i + 1; 
end
% распараллеливание проведено по столбцам
% (2-му измерению) => codistributor1d(2, ...)
codist = codistributor1d(2, [], [120 200]); 
F_distr = codistributed.build(F_loc, codist);
F = gather(F_distr, 1);

save ('test_res_2.mat', 'F');

if labindex == 1
  save ('test_res_2.mat', 'F');
end

return
end

return
end

Замечание. Эту задачу, если памяти достаточно, можно запрограммировать и первым способом, т.е. путем деления большого массива на части. В этом случае распределение данных по процессам будет сделано автоматически (требование кратности исчезает).

Вверх
Как убедиться в работоспособности программы

Перед первым запуском программы-функции на кластере ее стоит проверить сначала в однопроцессорном варианте с отладчиком Debug (см.,например, Debug a MATLAB Program), а затем в параллельном режиме pmode. Поскольку политика использования вычислительных ресурсов ИММ УрО РАН не предполагает длительных вычислений на управляющем компьютере, запускать программу в режимах Debug и pmode следует с тестовым набором данных.

Итак, рекомендуется следующая последовательность выхода на счет:
    Debug
    pmode
    кластер

Запуск параллельной программы с отладчиком Debug (в однопроцессорном режиме) можно осуществить, например, предварительно открыв текст программы в редакторе (Editor), установив необходимые контрольные точки (щелкая, к примеру, левой клавишей мыши справа от номера нужной строки) и нажав клавишу F5 (см. пункт меню Debug).

Стартовать режим pmode на 4-х процессах (для наглядности) можно в окне Matlab (Command Window) с помощью команды

pmode start 4

Затем в командной строке открывшегося параллельного окна (Parallel Command Window) вызвать свою программу.
Закрыть параллельный режим можно или из Parallel Command Window командой

exit

или из окна Matlab командой

pmode exit

Для контроля за данными полезна функция getLocalPart.

Запуск на кластере можно осуществить в окне Matlab с помощью функции imm_sch.

• Основные понятия
• Действия пользователя
  • Внесение изменений в текст программы
  • Запуск программы на профилирование
  • Просмотр результатов профилирования
• Некоторые советы

Основные понятия

Профилирование предназначено для выявления наиболее затратных по времени мест в программе с целью увеличения ее быстродействия (см. Profile to Improve Performance).
Профилирование параллельных программ определяет как затраты на вычисление функций, так и затраты на коммуникации (см. Profiling Parallel Code).
Профилирование в Matlab осуществляется с помощью инструмента, называемого профилировщик или профайлер (profiler).

Результатом профилирования являются суммарный и детальный отчеты о выполнении программы.
Суммарный отчет о профилировании параллельной программы содержит для каждого параллельного процесса (lab) информацию о времени вычисления функций и частоте их использования, а также о времени, затраченном на обмены (коммуникации) и ожидание обменов с другими процессами.
Для проблемных функций полезно выдавать детальный отчет, в котором содержится статистика по строкам функций, а именно: время выполнения и частота использования.

Код программы можно считать достаточно оптимизированным, если в результате изменения алгоритма большая часть времени выполнения программы будет приходиться на обращения к нескольким встроенным функциям.

Вверх
Действия пользователя

Действия пользователя иллюстрируются на примере функции colsum() по аналогии с функцией foo() из раздела Examples описания команды (функции) mpiprofile.

Внесение изменений в текст программы

1) В заголовок функции добавить выходной параметр для информации о профилировании, назовем его p:

function [p, total_sum] = colsum

2) В тело функции добавить команду mpiprofile, а именно:

mpiprofile on

для включения профилирования (начала сбора данных)

mpiprofile off

для выключения профилирования при необходимости (или желании)

p = mpiprofile('info');

для доступа к сгенерированным данным и сохранения собранной информации в выходном параметре p.
Пример скорректированной программы приведен ниже в файле ml_prof_colsum.PNG.

Запуск программы на профилирование

1) При запуске функции указать увеличенное соответственно на 1 число выходных параметров.
2) Запустить программу-функцию из командной строки:

mlrun -np 9 -maxtime 5 colsum '2'

или в окне Matlab:

j = imm_sch(9,5,@colsum,2);

Замечание. Окончания счета при желании можно ждать с помощью команды wait(j).

Просмотр результатов профилирования

Пусть программа запущена в окне Matlab. Тогда по окончании счета следует
1) получить результаты:

out = j.fetchOutputs;

2) выделить вектор с информацией о профилировании:

p_vector = [out{:, 1}];

3) запустить вьюер:

mpiprofile('viewer', p_vector);

Подобные действия для ранних версий приведены ниже в файле ml_prof_session.PNG.

Для повторного использования полученные переменные можно сохранить командой:

save ('res_prof', 'out', 'p_vector')

(в файле res_prof.mat) и загрузить при необходимости в другом сеансе:

load ('res_prof')

Вверх
Некоторые советы

Первая реализация программы должна быть настолько проста, насколько возможно, т.е. не рекомендуется ранняя оптимизация.

Профилирование может быть использовано
- в качестве инструмента отладки;
- для изучения (понимания) незнакомых файлов.
При отладке программы детальный отчет даст представление о том, какие строки выполнялись, а какие нет. Эта информация может помочь в расширении набора тестов.
Для очень длинного файла с незнакомым матлабовским кодом можно использовать профайлер, чтобы посмотреть, как файл в реальности работает, т.е. посмотреть вызываемые строки в детальном отчете.

При использовании профилирования копию 1-го детального отчета рекомендуется сохранить в качестве основы для сравнения с последующими, полученными в ходе улучшения программы.
Замечание. Существуют неизбежные отклонения времени, не зависящие от кода, т.е. при профилировании идентичного кода дважды можно получить слегка различные результаты.

Запуск параллельной программы пользователя на кластере организован в соответствии с рекомендациями разработчиков Matlab в разделах
    Programming Distributed Jobs и
    Programming Parallel Jobs
с учетом используемого в ИММ планировщика (типа Generic Scheduler в терминологии Matlab).
Замечание. Ссылки на сайт разработчика Matlab даны на момент подключения системы Matlab (~2010).

Для осуществления такого запуска необходимо:

Со стороны системы Matlab
1) Обеспечить наличие функций Submit и Decode.
Функция Submit выполняется Matlab клиентом на хосте (управляющей машине) и основное ее назначение - установить необходимые переменные окружения, в том числе для функции Decode, перед обращением к планировщику (Scheduler).
Функция Decode выполняется автоматически Matlab сервером (worker) на каждом узле и основное ее назначение – забрать переданные планировщиком через переменные окружения значения, которые Matlab worker использует для проведения вычислений на узлах кластера.
2) Задать последовательность действий для описания параллельной работы (Job, точнее ParallelJob), в рамках которой и будут проводиться программой Matlab вычисления функции пользователя на кластере. Основные действия описаны на сайте Matlab и продемонстрированы, в частности, на примере. В ИММ с учетом пакетной обработки эти действия дополнены перехватом stdout и stderr, т.е. установкой свойства CaptureCommandWindowOutput в значение true для всех задач (Task) программируемой работы (Job) (коротко о Job и Task см. в пункте Основные сведения).
С целью дальнейшего многократного использования все необходимые для программирования параллельной работы действия были оформлены в виде служебной функции imm_sch_f (позднее переименованной в imm_sch), обозначенной на рисунке ниже как scheme function. Этой функции в качестве параметров передаются число параллельных процессов, время счета, имя и параметры функции пользователя, предназначенной для распараллеливания вычислений.
Функция imm_sch_f служит для запуска параллельных программ.
При запуске параллельной программы в окне системы Matlab пользователь явно обращается к этой функции.
3) Для своевременного удаления информации о завершенных работах предоставить в распоряжение пользователя функцию job_destroy.

Со стороны планировщика
1) Обеспечить пользователя командой запуска параллельной программы из командной строки, аналогичной mpirun (заменённой впоследствии на mqrun). Эта команда получила название mlrun. При вызове mlrun пользователь указывает число необходимых для счета процессов, максимальное время счета и имя, а при наличии и параметры, программы-функции. Команда mlrun в интерактивном текстовом режиме (-nodisplay) вызывает программу matlab для выполнения функции imm_sch_f (scheme function на рисунке), передавая ей все необходимые аргументы.
2) Обеспечить наличие скрипта, реализующего механизм постановки в очередь программы пользователя, сформированной для запуска на кластере в рамках Matlab. Этот скрипт назван matlab_run.

Используем предлагаемую на сайте Matlab схему запуска программы пользователя на кластере для демонстрации получаемой у нас цепочки вызовов (для определенности на um64 в системе пакетной обработки заданий СУППЗ, 2009 г.).

Источниками для написания собственных функций и скриптов послужили:
1) Ориентированные на Generic Scheduler примеры:
- функций Submit и Decode,
- схемы программирования параллельной работы на хосте в клиентской части Matlab и
- действий по удалению (разрушению, destroy) законченной и ненужной уже работы (Job).
2) Документация (скрипты типа pbsParallelWrapper) в каталогах вида:

/opt/matlab-R2009b/toolbox/distcomp/examples/integration/{pbs|ssh|lsf}

    где R2009b - название версии
3) Скрипты запуска, такие как mvarun_p2 из каталога

/common/runmvs/bin

Список наших служебных функций и скриптов приведен в таблице:

При переходе на новую версию Matlab, например R2010a, следует
- добавить одноименные ссылки в каталог /opt/matlab-R2010a/toolbox/local
на наши служебные Matlab функции, хранящиеся в каталоге /opt/matlab-imm, а именно: imm_sch_f.m, imm_submitfunc.m, imm_decode.m, job_destroy.m ;
- скорректировать файл /etc/profile.d/matlab.sh.