Особенности реализации распараллеливающих преобразований программ в cистеме двор Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 681.3

Б. Я. Штейнберг, Е. Н. Кравченко, Р. И. Морылев, З. Я. Нис, В. В. Петренко, И. С. Скиба, В. Н. Шаповалов, О. Б. Штейнберг, Р. Б. Штейнберг

ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ РАСПАРАЛЛЕЛИВАЮЩИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ПРОГРАММ В СИСТЕМЕ ДВОР

Обсуждаются особенности функционирования библиотеки преобразований программ в диалоговом высокоуровневом оптимизирующем распараллеливателе.

Ключевые слова: распараллеливание, преобразование программ, оптимизация.

Диалоговый высокоуровневый оптимизирующий распараллеливатель программ (ДВОР) является развитием Открытой распараллеливающей системы [1]; он позволяет работать с различными языками программирования, поддерживает общую библиотеку и возможность диалоговой компиляции. Для реализации этих функций ДВОР использует высокоуровневое внутреннее представление программы, в котором проводятся оптимизирующие (распараллеливающие) преобразования, что выгодно отличает его от существующих аналогов [2, 3]. Представление является иерархическим, с разной детализацией программы на каждом уровне. Верхний уровень для каждого входного языка индивидуален и ориентирован на удобство разбора программы. Второй уровень, общий для всех входных языков, ориентирован на преобразования программ. На этом уровне разобранная программа хранится в виде четырех деревьев: идентификаторов, типов, операторов и выражений, что удобно для диалоговой формы преобразований.

Диалоговое распараллеливание является компромиссом между ручным и автоматическим. Программисту предоставляются автоматизированные инструменты анализа и преобразования программ, ускоряющие распараллеливание по сравнению с ручной обработкой. Использование автоматизированных инструментов повышает надежность кода и снижает требования к квалификации и опыту программиста, поскольку в диалоговом режиме компиляции возможно запросить недостающую информацию для эффективного распараллеливания программы. Например, для определения информационных зависимостей в программе могут быть полезны диапазоны значений переменных, размеры массивов данных, соотношения между различными переменными, которые в ряде случаев в программе явно не определены.

В целях распараллеливания ДВОР позволяет распознавать характерные фрагменты кода, выполнять над ними соответствующие преобразования, а также осуществлять проверку сохранения синтаксиса и семантики, эквивалентности преобразования данных. Также оцениваются целесообразность преобразования, а при наличии нескольких вариантов — выбор оптимального способа преобразования для заданного фрагмента. Проверки могут выполняться автоматически и в режиме диалога. Для контроля эквивалентности преобразований кроме традиционного графа информационных связей используется решетчатый граф программы [4].

ДВОР поддерживает такие преобразования, как линеаризация выражений, гнездование и разрезание циклов, разрезание условных операторов. При линеаризации выражений в качестве

88

Б. Я. Штейнберг, Е. Н. Кравченко, Р. И. Морылев

базовых переменных кроме счетчиков циклов могут выступать и внешние переменные (которые не изменяют своего значения в преобразуемом фрагменте), и имена массивов с различными индексами (при распараллеливании рекуррентных циклов). При линеаризации на этапе компиляции приводятся подобные члены с учетом типов данных. Гнездование циклов используется при распараллеливании цикла на параллельной архитектуре класса MIMD. ДВОР поддерживает процедуру проверки структуры преобразуемого фрагмента на возможность применения преобразования гнездования. При данной проверке система получает фрагмент программы и список допустимых в нем единиц языка (список допустимых типов операторов и т. д.) и проверяет, содержатся ли в данном фрагменте только единицы языка из списка. При такой форме проверки в случае последующего расширения внутреннего представления новыми операторами система останется работоспособной без изменения преобразования.

Разрезание циклов в системе ДВОР использует граф информационных связей, по которому строится фактор-граф. В полученном фактор-графе строится правильная нумерация. Далее проводятся анализ применения вспомогательных преобразований и непосредственно разрезание на части, следуемые в порядке правильной нумерации. Преобразование разрезания цикла может иметь разные вариации (например, разрезание в указанном месте или на максимальное количество частей). Разрезание условного оператора заменяет один условный оператор двумя подряд идущими условными операторами, при этом блок ветки then исходного условного оператора разбивается на части и каждая из частей становится блоком одного из результирующих условных операторов.

Дополнительно в ДВОР поддерживается расширение скалярной SSA-формы (Static Single Assignment Form, форма со статически однократным присваиванием) [5] на код с массивами. SSA-форма для массивов строится с помощью нечеткого анализа потока данных (Fuzzy Array Dataflow Analysis) [6]. В SSA-форме для массивов некоторые скалярные преобразования расширяют область применения: удаление мертвого кода, протягивание констант, использование общих подвыражений, распределение регистров и др.

Работа выполнена в рамках ФЦП „Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009—2013 гг.".

список литературы

1. Открытая распараллеливающая система [Электронный ресурс]: <http://ops.rsu.ru/>.

2. [Электронный ресурс]: <http://www.csrd.uiuc.edu/promis/>.

3. [Электронный ресурс]: <http://www-suif.stanford.edu/research/>.

4. Воеводин В. В. Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления. СПб: БХВ-Петербург, 2002. 599 с.

5. Muchnick S. S. Advanced Compiler-Design and Implementation. Morgan Kaufmann Publishers, 1997. 860 p.

6. Collard J.-F., Barthou D., Feautrier P. Fuzzy Array Dataflow Analysis // ACM SIGPLAN Notices. 1995. Vol. 30, Iss. 8.

Сведения об авторах

Борис Яковлевич Штейнберг — д-р техн. наук; Южный федеральный университет, кафедра алгебры и

дискретной математики, Ростов-на-Дону; зав. кафедрой; E-mail: [email protected]

Евгений Николаевич Кравченко — Южный федеральный университет, кафедра алгебры и дискретной

математики, Ростов-на-Дону; программист; E-mail: [email protected] Роман Игоревич Морылев — аспирант; Южный федеральный университет, кафедра алгебры и дис-

кретной математики, Ростов-на-Дону; E-mail: [email protected] Зиновий Яковлевич Нис — Южный федеральный университет, кафедра алгебры и дискретной

математики, Ростов-на-Дону; программист; E-mail: [email protected]

Особенности численного решения эволюционных задач распространения лазерных импульсов 89

Южный федеральный университет, кафедра алгебры и дискретной математики, Ростов-на-Дону; научный сотрудник; E-mail: [email protected]

Южный федеральный университет, кафедра алгебры и дискретной математики, Ростов-на-Дону; программист; E-mail: [email protected] Южный федеральный университет, кафедра алгебры и дискретной математики, Ростов-на-Дону; младший научный сотрудник; E-mail: [email protected]

Южный федеральный университет, кафедра алгебры и дискретной математики, Ростов-на-Дону; научный сотрудник; E-mail: [email protected]

Южный федеральный университет, кафедра алгебры и дискретной математики, Ростов-на-Дону; ассистент; E-mail: [email protected]

Поступила в редакцию 15.05.11 г.

УДК 004.021, 004.252, 004.75

Д. А. Фадеев

ОСОБЕННОСТИ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ЭВОЛЮЦИОННЫХ ЗАДАЧ РАСПРОСТРАНЕНИЯ КОРОТКИХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА СИСТЕМАХ АРХИТЕКТУРЫ NUMA

Рассмотрены приемы адаптации алгоритмов решения эволюционных задач распространения коротких лазерных импульсов к особенностям вычислительной архитектуры NUMA.

Ключевые слова: NUMA, прогонка, волновое уравнение, сверхкороткий импульс.

Архитектура NUMA (Non Uniform Memory Access) определяет класс параллельных вычислительных систем с логически общей, но физически раздельной памятью [1]. Существует достаточно много вариантов реализации такой архитектуры. В частности, компания Advanced Micro Devices ввела подход, при котором чипы RAM подключаются непосредственно к чипу CPU, содержащему встроенный контроллер памяти. В случае использования MultiCPU-платформ каждый CPU подключается к своему набору планок RAM. При этом память остается логически общей благодаря наличию шины HyperTransport, имеющей существенно больший пропускной канал, чем связка CPU-RAM. Более того, серверные процессоры AMD имеют N-1 Hyper Transport каналов (N — число процессоров (чипов) в одном вычислительном узле (материнской плате)) и каждый чип CPU соединен с каждым. Таким образом, достигается реализация логически общей памяти. При этом скорость доступа данного CPU к памяти любого нода (связки СPU-RAM) одинакова, если требуемая память не занята другим запросом. Таким образом, в NUMA ширина канала увеличивается во столько же раз, сколько нодов имеется на вычислительном узле. В настоящее время архитектура NUMA поддерживается и на персональных компьютерах, в частности, использующих платформу Nehalem [2].

В настоящей статье рассматриваются особенности реализации задачи эволюционного (по координате z) численного моделирования распространения лазерного импульса A(z, т,r) с широким спектром:

Виктор Владимирович Петренко —

Иван Сергеевич Скиба —

Василий Николаевич Шаповалов —

Роман Борисович Штейнберг —

Олег Борисович Штейнберг —

Рекомендована НИИ НКТ