发送具有std::vector成员的结构时出现分段错误

Question

为什么使用mpirun -np 2 ./out命令执行以下代码时会出现以下错误？我在调整std::vector的大小后调用了make_layout()，所以通常情况下我不会收到这个错误。如果我不调整大小，它会起作用。原因是什么？

main.cpp：

#include <iostream>
#include <vector>
#include "mpi.h"
MPI_Datatype MPI_CHILD;
struct Child
{
    std::vector<int> age;
    void make_layout();
};
void Child::make_layout()
{
    int nblock = 1;
    int age_size = age.size();
    int block_count[nblock] = {age_size};
    MPI_Datatype block_type[nblock] = {MPI_INT};
    MPI_Aint offset[nblock] = {0};
    MPI_Type_struct(nblock, block_count, offset, block_type, &MPI_CHILD);
    MPI_Type_commit(&MPI_CHILD);
}
int main()
{
    int rank, size;
    MPI_Init(NULL, NULL);
    MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &rank);
    MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);    
    Child kid;
    kid.age.resize(5);
    kid.make_layout();
    int datasize;
    MPI_Type_size(MPI_CHILD, &datasize);
    std::cout << datasize << std::endl; // output: 20 (5x4 seems OK).
    if (rank == 0)
    {
        MPI_Send(&kid, 1, MPI_CHILD, 1, 0, MPI_COMM_WORLD);
    }
    if (rank == 1)
    {
        MPI_Recv(&kid, 1, MPI_CHILD, 0, 0, MPI_COMM_WORLD, NULL);
    }
    MPI_Finalize();
    return 0;
}

错误消息：

*** Process received signal ***
Signal: Segmentation fault (11)
Signal code: Address not mapped (1)
Failing at address: 0x14ae7b8
[ 0] /lib/x86_64-linux-gnu/libpthread.so.0(+0x113d0)[0x7fe1ad91c3d0]
[ 1] /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(cfree+0x22)[0x7fe1ad5c5a92]
[ 2] ./out[0x400de4]
[ 3] /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf0)[0x7fe1ad562830]
[ 4] ./out[0x400ec9]
*** End of error message ***

Answer 1

以下是几个std::vector成员使用具有绝对地址的MPI数据类型的示例：

struct Child
{
    int foo;
    std::vector<float> bar;
    std::vector<int> baz;
    Child() : dtype(MPI_DATATYPE_NULL) {}
    ~Child() { if (dtype != MPI_DATATYPE_NULL) MPI_Type_free(dtype); }
    const MPI_Datatype mpi_dtype();
    void invalidate_dtype();
private:
    MPI_Datatype dtype;
    void make_dtype();
};
const MPI_Datatype Child::mpi_dtype()
{
    if (dtype == MPI_DATATYPE_NULL)
        make_dtype();
    return dtype;
}
void Child::invalidate_dtype()
{
    if (dtype != MPI_DATATYPE_NULL)
        MPI_Datatype_free(&dtype);
}
void Child::make_dtype()
{
    const int nblock = 3;
    int block_count[nblock] = {1, bar.size(), baz.size()};
    MPI_Datatype block_type[nblock] = {MPI_INT, MPI_FLOAT, MPI_INT};
    MPI_Aint offset[nblock];
    MPI_Get_address(&foo, &offset[0]);
    MPI_Get_address(&bar[0], &offset[1]);
    MPI_Get_address(&baz[0], &offset[2]);
    MPI_Type_struct(nblock, block_count, offset, block_type, &dtype);
    MPI_Type_commit(&dtype);
}

该类别的示例用法：

Child kid;
kid.foo = 5;
kid.bar.resize(5);
kid.baz.resize(10);
if (rank == 0)
{
    MPI_Send(MPI_BOTTOM, 1, kid.mpi_dtype(), 1, 0, MPI_COMM_WORLD);
}
if (rank == 1)
{
    MPI_Recv(MPI_BOTTOM, 1, kid.mpi_dtype(), 0, 0, MPI_COMM_WORLD, NULL);
}

注意使用MPI_BOTTOM作为缓冲区地址。MPI_BOTTOM指定地址空间的底部，在具有平面地址空间的架构上为0。由于传递到MPI_Type_create_struct的偏移量是结构成员的绝对地址，因此当将这些偏移量添加到0时，结果再次是每个结构成员的完全地址。Child::mpi_dtype()返回特定于该实例的延迟构造的MPI数据类型。

由于resize()重新分配内存，这可能导致数据被移动到内存中的不同位置，因此invalidate_dtype()方法应用于强制在resize()或任何其他可能触发内存重新分配的操作之后重新创建MPI数据类型：

// ...
kid.bar.resize(100);
kid.invalidate_dtype();
// MPI_Send / MPI_Recv

请原谅上面任何草率的C++代码。

Answer 2

这里的问题是，您告诉MPI从&kid发送一个整数块，但这不是您的数据所在的位置。&kid指向一个std::vector对象，该对象有一个内部指针，指向您在堆上某个位置分配的整数块。

用kid.age.data()替换&kid，它应该可以工作。当您不调整大小时，它"工作"的原因是向量的大小将为0，因此MPI将尝试发送一条空消息，而不会进行实际的内存访问。

Answer 3

小心，您遇到了几个问题

Firststd::vector将对象存储在堆中，所以数据并没有真正存储在结构中。

其次即使在动态库之间也无法发送STL容器，对于应用程序实例也是如此。因为它们可能使用不同版本的STL进行编译，并且在不同的体系结构上工作的方式不同。

以下是关于这部分问题的好答案：https://stackoverflow.com/a/22797419/440168