如何以可移植的方式保持Fortran MPI程序的精度？

我有一个Fortran程序，其中我指定了数值数据类型的

种类

，试图保持最低的精度水平，而不管使用什么编译器来构建程序。例如：

integer, parameter :: rsp = selected_real_kind(4)
...
real(kind=rsp) :: real_var

program main

   use mpi

   implicit none

   integer, parameter :: rsp = selected_real_kind(16)
   integer :: err
   integer :: rank

   real(rsp) :: real_var

   call MPI_Init(err)
   call MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,rank,err)

   if (rank.eq.0) then
      real_var = 1.123456789012345
      call MPI_Send(real_var,storage_size(real_var)/8,MPI_BYTE,1,5,MPI_COMM_WORLD,err)
   else
      call MPI_Recv(real_var,storage_size(real_var)/8,MPI_BYTE,0,5,MPI_COMM_WORLD,&
         MPI_STATUS_IGNORE,err)
   end if

   print *, rank, real_var

   call MPI_Finalize(err)

end program main

问题是我使用了MPI来并行化代码，我需要确保MPI通信以相同的精度指定相同的类型。我使用以下方法与我的计划中的方法保持一致：

call MPI_Type_create_f90_real(4,MPI_UNDEFINED,rsp_mpi,mpi_err)
...
call MPI_Send(real_var,1,rsp_mpi,dest,tag,MPI_COMM_WORLD,err)

然而，我发现这个MPI例程对于不同的MPI实现并没有得到很好的支持，所以它实际上使我的程序不可移植。如果我省略了

MPI\u Type\u create

例程，那么我就只能依赖标准的

MPI\u REAL

和

MPI\u DOUBLE\u PRECISION

数据类型，但是如果该类型与

selected\u REAL\u kind

选择的真正类型不一致怎么办？我是否仅仅使用了数据类型的标准

real

声明，没有

kind

属性？如果我这样做，我是否可以保证

MPI\u real

和

real

始终具有相同的精度，而不管编译器和机器是什么

更新：

我创建了一个简单的程序，演示了当我的内部实数的精度高于

MPI\u DOUBLE\u precision

类型所提供的精度时我所看到的问题：

program main

   use mpi

   implicit none

   integer, parameter :: rsp = selected_real_kind(16)
   integer :: err
   integer :: rank

   real(rsp) :: real_var

   call MPI_Init(err)
   call MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,rank,err)

   if (rank.eq.0) then
      real_var = 1.123456789012345
      call MPI_Send(real_var,1,MPI_DOUBLE_PRECISION,1,5,MPI_COMM_WORLD,err)
   else
      call MPI_Recv(real_var,1,MPI_DOUBLE_PRECISION,0,5,MPI_COMM_WORLD,&
         MPI_STATUS_IGNORE,err)
   end if

   print *, rank, real_var

   call MPI_Finalize(err)

end program main

如果我使用2个内核构建和运行，我会得到：

       0   1.12345683574676513672      
       1   4.71241976735884452383E-3998

现在将16英寸更改为15英寸

选定的\u real\u kind

，我得到：

       0   1.1234568357467651     
       1   1.1234568357467651  

---

无论使用何种机器/编译器进行构建，使用

selected\u real\u kind（15）

和

MPI\u DOUBLE\u PRECISION

总是安全的吗

这不是一个真正的答案，但我们也有同样的问题，并使用类似的方法：

!> Number of digits for single precision numbers
integer, parameter, public :: single_prec = 6
!> Number of digits for double precision numbers
integer, parameter, public :: double_prec = 15
!> Number of digits for extended double precision numbers
integer, parameter, public :: xdble_prec = 18
!> Number of digits for quadruple precision numbers
integer, parameter, public :: quad_prec = 33

integer, parameter, public :: rk_prec = double_prec

!> The kind to select for default reals
integer, parameter, public :: rk = selected_real_kind(rk_prec)

然后有一个初始化例程，我们在其中执行：

!call mpi_type_create_f90_real(rk_prec, MPI_UNDEFINED, rk_mpi, iError)
!call mpi_type_create_f90_integer(long_prec, long_k_mpi, iError)
! Workaround shitty MPI-Implementations.
select case(rk_prec)
case(single_prec)
  rk_mpi = MPI_REAL
case(double_prec)
  rk_mpi = MPI_DOUBLE_PRECISION
case(quad_prec)
  rk_mpi = MPI_REAL16
case default
  write(*,*) 'unknown real type specified for mpi_type creation'
end select
long_k_mpi = MPI_INTEGER8

虽然这并不好，但它工作得相当好，似乎可以在Cray、IBMBlueGene和传统的Linux集群上使用。 最好的办法是推动站点和供应商在MPI中正确支持这一点。据我所知，它已在OpenMPI中修复，并计划在3.1.1中在MPICH中修复。请参阅OpenMPI票证和以及MPICH票证和。

如何：

integer, parameter :: DOUBLE_PREC = kind(0.0d0)
integer, parameter :: SINGLE_PREC = kind(0.0e0)

integer, parameter :: MYREAL = DOUBLE_PREC


if (MYREAL .eq. DOUBLE_PREC) then
   MPIREAL = MPI_DOUBLE_PRECISION
else if (MYREAL .eq. SINGLE_PREC) then
   MPIREAL = MPI_REAL
else
   print *, "Erorr: Can't figure out MPI precision."
   STOP
end if

---

从那时起，使用MPI\u双精度而不是MPI\u双精度。

使用Fortran 2008内部

存储大小来确定每个数字所需的字节数并作为字节发送。请注意，
STORAGE\u SIZE
返回以位为单位的大小，因此需要除以8才能获得以字节为单位的大小

此解决方案适用于移动数据，但不能帮助您使用数据缩减。为此，您必须实现用户定义的缩减操作。如果这对你很重要，我会用细节更新我的答案

例如：

integer, parameter :: rsp = selected_real_kind(4)
...
real(kind=rsp) :: real_var

program main

   use mpi

   implicit none

   integer, parameter :: rsp = selected_real_kind(16)
   integer :: err
   integer :: rank

   real(rsp) :: real_var

   call MPI_Init(err)
   call MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,rank,err)

   if (rank.eq.0) then
      real_var = 1.123456789012345
      call MPI_Send(real_var,storage_size(real_var)/8,MPI_BYTE,1,5,MPI_COMM_WORLD,err)
   else
      call MPI_Recv(real_var,storage_size(real_var)/8,MPI_BYTE,0,5,MPI_COMM_WORLD,&
         MPI_STATUS_IGNORE,err)
   end if

   print *, rank, real_var

   call MPI_Finalize(err)

end program main

我确认此更改纠正了问题，我看到的输出是：

   0   1.12345683574676513672      
   1   1.12345683574676513672  

我使用的代码将其工作精度定义为
wp=selected\u real\u kind（14,40）
，然后在MPI调用中使用
MPI\u DOUBLE\u precision
。据我所知，它没有问题。我添加了一个简单的例子，说明我需要避免什么问题。所以我想知道，如果我明确定义它们的
种类
，我的
real
s是否总是与
MPI\u DOUBLE\u精度
兼容？最后我检查了一下，使用16表示四精度（因此是-3998范围），它不应该与
MPI\u DOUBLE\u精度
兼容。只要使用7到15（包括7到15），就可以使用
MPI\u DOUBLE\u PRECISION
。是的，你是对的。但是
MPI\u DOUBLE\u PRECISION
是否总是意味着无论系统/编译器如何，MPI通信的精度都保持在7到15位之间？换句话说，如果我将我的
real
s指定为14位精度，然后使用
MPI\u DOUBLE\u precision
进行MPI通信，我是否需要担心得到像我发布的那样的结果，即数字在接收端显示为垃圾？除非使用
选定的\u real\u kind
，您可以
使用ISO_FORTRAN_ENV
并使用类型
real32
和
real64
（位数）可移植地指定单精度和双精度实数。您是对的，我的代码使用OpenMPI 1.4.3运行良好，但使用MPICH时出现问题。我想我最终还是会使用默认的MPI Fortran数据类型，而不是尝试手动设置精度。