配列と並列ループの実習

第 7 章で学んだ配列、View、for_each、reduce を使い、次の 3 つのプログラムを順に作ります。まず CPU（backend::Host）で 3 つとも作ります。第 9 章を読んで GPU を使える段階になったら、同じソースを CUDA でも動かします。

ベクトル加算 — 配列を確保し、for_each で各要素を計算して、結果をホスト側の配列で確かめます。
縮約 — reduce で配列の二乗和と最大値を求めます。
1 次元移流 — ゴーストセルと周期境界、更新前後の 2 つの配列を使って時間発展を計算します。

main.cpp と CMakeLists.txt は自分で書きます。 MISO 本体のビルドやデモの実行は必要ありません。

CMake の設定

第 1 章の「自分のプログラムから MISO を使う最小の CMake 設定」を使います。 add_subdirectory で MISO の miso/ を読み込み、自分の実行ファイルに MISO::MISO をリンクする設定です。 MISO の場所は、CMake を実行するときに -DMISO_DIR=/path/to/MISO で渡します（/path/to/MISO は自分が MISO を置いた場所に置き換えます）。

cmake -S . -B build -DMISO_DIR=/path/to/MISO
cmake --build build -j
./build/vector_add

3 つの課題は、1 つの CMakeLists.txt に実行ファイルを 3 つ並べても、課題ごとにフォルダを分けてもかまいません。 MISO::MISO をリンクすると MPI と yaml-cpp もリンクされますが、この実習で読み込むヘッダは MPI を使わないので、mpiexec なしで実行できます。

使うヘッダ

<miso/core.hpp> はすべての共通ヘッダをまとめて読み込みますが、この実習では使う機能のヘッダだけを読み込みます。

機能	ヘッダ
1 次元の配列 `Array1D` と `Array1DView`	`<miso/array1d.hpp>`
`Range1D`, `for_each`, `reduce`, `MISO_LAMBDA`	`<miso/execution.hpp>`
`util::sin`, `util::exp`, `util::fmod`, `util::fmax` などの数学関数	`<miso/utility.hpp>`

名前空間は、MISO のデモと同じく using namespace miso; と書いてよいです。

GPU へ切り替えられる書き方

後で同じソースを CUDA でも動かすために、次の 2 点を守って書きます。

計算する場所を 1 か所で決めます。 backend::Host を何か所にも書かずに、型の別名 Backend を 1 つ用意して使います。

#ifdef __CUDACC__
using Backend = backend::CUDA;
#else
using Backend = backend::Host;
#endif

__CUDACC__ は CUDA のコンパイラがコンパイルするときだけ定義されます（第 7 章の MISO_LAMBDA）。 CPU のビルドでは Backend は backend::Host です。配列は Array1D<double, Backend>、ループは for_each(Backend{}, ...) と書きます。

結果はホスト側の配列へ写してから読みます。 GPU に置いた配列は、CPU のループから直接読めません。結果を確かめるときは、Array1D<double, backend::Host> を別に用意し、copy_from で写してから読みます。

Array1D<double, backend::Host> h(n);
h.copy_from(z);  // copy the elements of z to h

CPU のビルドでは z もホスト側にあるので、copy_from はただのコピーです。 CUDA のビルドでは、同じ 1 行が GPU から CPU への転送になります（第 9 章）。