Распараллеливание многоблочных задач для SMP-кластера

· Если для подзадачи есть хорошее расположение, то выбираем в качестве результата хорошее расположение с минимальным стартовым временем, а среди хороших расположений с минимальным стартовым временем – хорошее расположение с минимальным количеством используемых процессоров.

· Если хороших расположений нет, то выбираем то (предпочтение более раннему стартовому времени, а среди расположений с

равным стартовым временем – расположению с меньшим количеством используемых процессоров), которое минимизирует выражение max((curStartTime + curTime) * M, tOccupied + curTime * k + tRestMin), где tOccupied – уже занятое отображенными подзадачами интегральное время, k – допустимое количество процессоров для рассматриваемой подзадачи, tRestMin – сумма минимальных интегральных времен еще не отображенных подзадач (не включая рассматриваемую в данный момент подзадачу)

Также стоит отметить, что данный алгоритм транспонированного отображения при запрете параллелизма подзадач переходит в описанный выше алгоритм жадного отображения, основанный на втором варианте модели.

6 Описание практической части

Практическая реализация служит для предоставления программистам Fortran-DVM и C-DVM возможности эффективно исполнять многоблочные задачи. Представляет собой статическую библиотеку, предоставляющую вызовы для генерации отображения, а также исполняемый файл для генерации отображения в диалоговом режиме.

6.1 Обоснование выбранного инструментария

Для реализации был выбран стандартный Си++ с использованием компилятора GCC [7], ибо важна была кроссплатформенность, так как библиотека встраивается в систему поддержки времени исполнения LibDVM, и должна работать в том числе под управлением ОС семейства GNU/Linux.

6.2 Общая архитектура разработанного средства

Разработанное программное средство представляет собой набор из исходных текстов на языке Си++, shell-скрипт для сборки библиотеки и исполняемого файла, примеры входных файлов с описаниями блоков для работы в диалоговом режиме. Общий объём исходных текстов составляет 1086 строк, из них 1034 – Си++ код, а 52 – shell-скрипт. Архитектура программного средства такова, что допускает простое добавление другого алгоритма отображения и предоставляет удобные интерфейсы для построения отображения, а также механизм самопроверки корректности построенного отображения. Оно позволяет гибко менять характеристики каждой подзадачи, такие как минимально-допустимое количество процессоров, необходимое для запуска подзадачи, равно как и максимально-допустимое количество процессоров, на котором подзадача может выполняться, а также время (в условных единицах), необходимое для завершения подзадачи.

Ниже, на рисунке 4 приведена диаграмма классов, иллюстрирующая архитектуру приложения, где «Жадное Отображение» и «Транспонированное Отображение» суть не классы, а отдельные функции, реализующие описанные в предыдущем разделе алгоритмы отображения. Также «DVM Адаптер» суть не класс, а отдельная функция для генерации представления, используемого в системе поддержки времени исполнения LibDVM.

Класс «Данные Подзадачи» предназначен для хранения основных характеристик исходной подзадачи, таких как минимальное допустимое количество процессоров, максимальное допустимое количество процессоров, базовый способ вычисления времени на основе использования формулы Амдала, параметризованной значениями времени исполнения последовательной части и времени исполнения параллельной части на одном процессоре. Основным методом в интерфейсе является получение времени исполнения подзадачи в зависимости от количества процессоров, на которых планируется ее запустить.

Класс «Подзадача» предназначен для описания подзадачи с уже назначенным конкретным числом процессоров.

Класс «Квант Загрузки Процессора» предназначен для описания интервала времени на одном из процессоров, занимаемых конкретной подзадачей.

Класс «Загрузка Процессора» предназначен для хранения структуры загрузки одного процессора, в какие времена и на какие длительности какие подзадачи планируется запустить. Также он занимается проверкой корректности построенного отображения в рамках одного процессора.

Класс «Отображение Подзадачи» предназначен для сбора информации о том, на какие процессоры какая задача отображена, ее стартовое время, ее финишное время. Также он занимается проверкой корректности построенного отображения в рамках одной подзадачи – ее стартовые, равно как и финишные, времена на всех процессорах, на которых планируется ее счет, должны совпадать.

Класс «Отображение» предназначен для сбора информации обо всём отображении в целом, вывода результатов, получения агрегированных данных об отображении.

При добавлении нового алгоритма необходимо знание небольшого интерфейса классов «Отображение», «Данные Подзадачи», «Подзадача».

Рисунок 4. Диаграмма классов разработанного средства

6.3 Схема работы средства

Разработанное программное средство предлагается использовать C-DVM и Fortran-DVM программистам вместо ручного отображения [1]. Следует вместо вызова функции ручного отображения сделать следующее:

· Завести массив типа int размером на, как минимум, количество блоков (назовем его renum)

· Узнать количество процессоров в системе (например, вызовом NP = NUMBER_OF_PROCESSORS( ) )

· В зависимости от размерности блоков вставить вызов mproc_adv1_ для одномерных блоков, mproc_adv2_ для двумерных и так далее. Функции вида mproc_adv##n##_ имеют следующий прототип:

int mproc_adv##n##_ (int *low_proc, int *high_proc, int *size, int *num_blocks, int *num_proc, int *renum);

Где в первый аргумент – массив целых чисел – будет вписан нижний индекс номеров используемых для подзадачи процессоров; во второй соответственно верхний индекс номеров используемых для подзадачи процессоров; третий аргумент должен содержать размеры блоков по каждому измерению (например, для двумерных блоков размер i-го блока есть size[2 * i] по первому измерению и size[2 * i + 1] по второму); четвертый аргумент суть указатель на число блоков; пятый – указатель на число процессоров; шестой – массив, куда следует записать порядок прохождения подзадач для последующей его передачи системе LibDVM.

· В директивах DVM следует включить полученную перенумерацию. (например, для Fortran-DVM программы, фрагмент кода:

·

*DVM$ TASK_REGION TSA

*DVM$ PARALLEL ( IB ) ON TSA( IB )

DO 50 IB = 1,NBL

CALL JACOBI(block(IB)%PA,

block(IB)%PB,SIZE(1,IB),SIZE(2,IB))

50 CONTINUE

*DVM$ END TASK_REGION

преобразовать так:

*DVM$ TASK_REGION TSA

*DVM$ PARALLEL (IB) ON TSA(renum(IB) )

DO 50 IB = 1,NBL

CALL JACOBI(block(renum(IB))%PA, block(renum(IB))%PB,SIZE(1, renum(IB)), SIZE(2, renum(IB)))

50 CONTINUE

*DVM$ END TASK_REGION)

После этих модификаций программа будет использовать функционал разработанного программного средства. Схематично процесс представлен на рисунке 5.

 Скачать реферат