Гибридная модель параллельного программирования DVM/OpenMP

• Автор: Бахтин, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Оглавление

Введение.

Актуальность темы

Цель и задачи работы.

Основные результаты работы .5

Практическая.ценность работы6

Апробация работы

Краткое содержание работы.

Глава 1. Модели и языки параллельного программирования для кластеров. 8

1.1 Модель передачихообщений. .

. 1.2. Модель.параллелизма но управлению. ОрепМР.
1.3. Гибридная модель МР1ОрепМР.
1.4 Модель параллелизма по данным. . . .
1.5. Модель параллелизма по данным и управлению. V.
Г.6. Язык
1 Л. Выводы. .
Глава 2. Гибридная модель., параллельного программирования
V и язык V.
21 Гибридная модель параллельного программированияV.,.
2.2 Язык V
2.2.1 Описание виртуального массива узлов. .
. 2.2.2 Распределение данных. Директива II.
2.2.3Локализация данных. Директива I.
2.2.4 Распределение витков параллельного цикла Директива
2.2.5 Удаленные данные типа
2.26 Удаленные данные типа
2.2.7 Удаленные данные типа . .
i 2.2.8 Удаленные данные типа I
I 2.2.9 Размноженные по узлам данные . .
I. 2.2. Распределение витков цикла между нитями внутри узла.
Директивы и .
2.2. Распределение витков распределенного параллельного цикла
между нитями
2.2. Работа с удаленными данными типа внутри, уз л а.
2.2. Работа с данными типа I внутри узла.
2.2. Пример параллельной программы в моделях I и
V
2.3 Преимущества разработанной гибридной модели перед моделями ОрепМР, I, V и I.
2.3.1. Достоинства модели V по сравнению с моделью ОрепМР.
2.3.2. Достоинства модели V по сравнению с моделью I.
2.3.3. Достоинства модели V по сравнению с моделью V.
2.3.4. Достоинства модели V по сравнению с моделью I
Глава 3. Компилятор с языка V
3.1 Основные функции компилятора V.
3.2 Схема функционирования компилятора
3.3 Инструментация V программ
3.3.1 Передача статической информации о программе.
3.3.2 Схема инструментации программы
3.3.3 Инструментация ОрепМРдиректив
3.34 Инструментация совмещенных ОрепМРдиректив
3.3.5 Инструментация операторов языка .
3.3.6 Управлению степенью подробности инструментации
3.3.7 Отличия разработанной инструментации по сравнению с
инструментацией, используемой в Vсистеме.
Глава 4. Использование языка V для
программирования реальных приложений
4.1. Тесты ВТ, , .
4.2. Задача V расчет солнечной конвекции
4.3. Особенности распараллеливания программ, использующих пакет
РЕАКТОР.
4.3.1 Нестационарная задача 36
4.3.2 Задача iX.
4.4. Наиболее часто встречаемые ошибки, возникающие при распараллеливании программ в модели V ОрепМР
Заключение.
Литература


Изложены основные принципы объединения моделей DVM и ОрепМР, отмечены основные достоинства новой модели по сравнению с моделью MPI/OpenMP. Приведено краткое описание языка Fortran-DVM/OpenMP и примеры программ на этом языке. В третьей главе представлен компилятор с языка Fortran-DVM/OpenMP. Приводится схема функционирования компилятора, описываются его отличия от компилятора с языка Fortran-DVM. Четвертая глава содержит информацию об использовании языка Fortran-DVM/OpenMP для программирования реальных приложений. Описываются особенности программирования тестов NAS (ВТ, LU, SP), задачи расчета солнечной конвекции, а также двух программ из пакета «РЕАКТОР». Приводятся, характеристики эффективности выполнения параллельных программ. В заключении перечисляются основные результаты работы. Глава 1. В* течение нескольких десятилетий' развитие ЭВМ’ сопровождалось удвоением, их быстродействия каждые 1. Это обеспечивалось и повышением тактовой частоты и совершенствованием архитектуры (параллельное и конвейерное выполнение команд). Однако постепенно аппаратные возможности параллельного. ILP* -Instruction Level Parallelism) [8], а дальнейшее повышение частоты стало практически невозможно из-за резкого повышения потребления и выделения, энергии [7,8]. Использовать эффективно постоянно возрастающее количество элементов микросхемы не удается'из-за того, что практически, достигнут предел логической , сложности процессоров, а дальнейшее увеличение размеров кэш-памяти уже не приводит к ускорению выполнения, программ При достигнутом уровне тактовой частоты сигналы уже не успевают за один такт пройти требуемый путь внутри кристалла. Лет пять назад большинство разработчиков, процессоров пришло к выводу, что дальнейшее повышение быстродействия; надо обеспечивать, путем реализации в кристалле многих параллельно работающих процессоров; - ядер. Такие- кристаллы стали называться; многоядерными процессорами: При* этом для сохранения уровня/ потребляемой* и выделяемой энергии тактовая* частота должна снижаться* по мере увеличения количества ядер. Необходимо » отметить, что ядра могут совместно использовать некоторые ресурсы, такие как кэш-память, буфера быстрой ¦ переадресации (TLB) и каналы доступа к оперативной памяти. Для этого утверждения. Во-первых,, для эффективного использования многоядерного процессора для решения какой-то одной задачи необходимо распараллелить. Поток или. ЧйгеасГ) — это легковесный; процесс, имеющий с другими потоками* общие ресурсы, включая общую оперативную память. Во-вторых,, создается совершенно новая ситуация^- последовательные профаммы. Необходимо, отметить, что* есть еще: одна причина необходимости распараллеливания последовательных профамм - появление многопоточных процессоров и ядер. Это' вызвано постоянно возрастающим разрывом между быстродействием процессора и латентностью памяти [7,8], выражающимся в том,, что для выборки из памяти одного операнда требуется- время;, превосходящее в согни раз время выполнения;одной команды процессора. До поры до времени с этим противоречием боролись, путем наращивания кэшпамяти. Но, как мы уже отметили, такое наращивание: для многих профамм уже не приносит желаемого, эффекта. Иг тогда возникла идея [] -использовать подход, аналогичный мультипрограммированию, посредством которого в -е годы прошлого века! ЭВМ. Если таких параллельно выполняемых потоков будет много (сотни), то можно обеспечить полную загрузку процессора. Конечно, для этого нужна соответствующая суммарная пропускная способность каналов доступа к. Рассмотрим существующие модели и языки- программирования, которые могут быть использованы для. Заметим, что с точки зрения моделей и языков программирования никакой разницы между кластерами и МРР нет. Модель передачи сообщений. Взаимодействие процессов - обмен данными и синхронизация - осуществляется посредством передачи сообщений. Обобщение и стандартизация различных библиотек передачи сообщений привели в году к появлению стандарта MPI (Message Passing Interface). Его широкое внедрение в последующие годы обеспечило коренной перелом в решении проблемы переносимости параллельных программ.