Автоматическое распараллеливание программ для распределенных систем. Статическое построение расширенного графа управления

1. Система автоматического распараллеливания

Данная дипломная работа является частью проекта разработки системы автоматического распараллеливания программ на языке Fortran77. Система состоит из нескольких функциональных блоков, каждый из которых реализует один или более этапов построения параллельной программы, сохраняющей семантику заданной последовательной программы

. Фиксированный интерфейс обмена данными между ними позволяет производить независимую модификацию каждого блока. Таким образом, система может развиваться в сторону дальнейшего увеличения ее интеллектуальности в принятии решений о возможности распараллеливания входной программы и поиска наиболее эффективных вариантов ее преобразования.

1.1 Назначение системы

Представляемая система предназначена для распараллеливания программ, написанных на языке Fortran77. Использование этого языка как основного при разработке научных и инженерных приложений на протяжении многих лет привело к образованию большого числа программ, необходимость в которых сохраняется и сегодня. Автоматическая трансляция накопившегося последовательного кода в параллельный позволит использовать новые архитектурные возможности при существенно меньших по сравнению с повторной реализацией затратах. Формируемый системой отчет о принятых в процессе распараллеливания решениях может служить основой рекомендаций по модификации исходного кода с целью достичь наиболее эффективного результата.

Второй аспект применения – разработка параллельного ПО на основе Fortran77. Достоинство такого подхода заключается в использовании привычного языка программирования и передаче системе распараллеливания обязанностей по оценке эффективности реализации алгоритмов с точки зрения параллельного выполнения.

1.2 Схема работы системы автоматического распараллеливания

На вход системы автоматического распараллеливания (САР) подается текстовый файл с программой на Fortran77. Она должна, во-первых, быть правильной с точки зрения языка, и, во-вторых, удовлетворять накладываемым системой ограничениям.

Первый шаг – разбор текста средствами библиотеки Sage++, в результате которого образуется файл с внутренним представлением исходной программы.

Задача блока INLINE-подстановки процедур САР заключается в модификации структуры исходной программы с целью привести ее к виду, облегчающему дальнейший анализ и повышающему его точность. В результате его работы образуется файл с внутренним представлением программы, состоящей только из главного модуля, в котором все вызовы подпрограмм заменены их телами. Если исходная программа не содержит процедур, пользователь может не использовать этот блок.

Внутреннее представление без вызовов процедур поступает на вход двух блоков. Первый – блок статического анализа. Его задачей является статическое построение расширенного графа потока управления программы и некоторых вспомогательных структур данных.

Блок подготовки программы для динамического анализа также получает внутреннее представление. Его назначение – создание версии программы для последующей обработки блоком динамического анализа.

Задача блока динамического анализа – дополнение графа управления данными, полученными при выполнении программы в его присутствии. Кроме того, на этом шаге некоторые результаты статического анализа могут быть скорректированы.

Следующий этап – поиск оптимального распределения вычислений и данных между узлами вычислительной сети. Анализ производится на основе информации о возможности распараллеливания тех или иных участков программы, полученной на предыдущих шагах.

Задача учета затрат на доступ к удаленным данным, на перераспределение данных в процессе выполнения программы и т.п. решается осуществлением запросов к блоку оценки времен коммуникаций.

Следующий блок производит модификацию внутреннего представления с целью реализовать выбранный вариант распараллеливания.

Задача блока клонирования процедур заключается в выделении во внутреннем представлении переработанной программы процедур, их оформлении и вставки соответствующих операторов вызова. Пользователь может не использовать функции этого блока, если считает это целесообразным.

Далее на основе результирующего внутреннего представления происходит генерация текста программы на FortranDVM.

1.3 Постановка задачи дипломной работы

Задачей дипломной работы является реализация следующих функций блоков САР:

§ Статическое построение расширенного графа потока управления программы и сопровождающих его структур (блок №2);

§ Экспорт данных в файлы для блока распределения вычислений и данных (блок №2);

§ Чтение из файлов директив FortranDVM, сформированных блоком распределения, и соответствующая им модификация внутреннего представления программы (блок №7).

2. Создание внутреннего представления программы

Для программ, назначение которых заключается в анализе и обработке других программ, основным параметром является текст исходной программы. В отличие от параметров простых типов, такой сложно организованный параметр требует предварительного анализа с целью обеспечить возможность получения из него необходимой для решаемой задачи информации. И поскольку для большинства приложений такого рода доступа к входной программе на уровне символов в текстовом файле недостаточно, возникает задача перевода текста программы в некоторую структуру, отражающую его в виде законченных языковых конструкций – идентификаторов, типов, структур данных, операторов, управляющих конструкций и др. Иными словами, необходимо произвести разбор исходного текста – parsing. Однако в некоторых случаях этого недостаточно и для решения поставленных задач требуется подняться на более высокий уровень абстракции. Следовательно, встает вопрос о создании некоего высокоуровнего представления программы, отражающего специфику конкретной задачи.

2.1 Разбор исходного текста. Система Sage++

Первоочередной задачей на этапе создания внутреннего представления программы, написанной на некотором языке, является разбор исходного текста. В результате такого анализа должна быть доступна информация о порядке выполнения операторов программы с учетом использованных в ней языковых конструкций, нарушающих последовательный характер их выполнения – ветвления, безусловные переходы, циклы, обращения к подпрограммам, операторы прекращения выполнения программы и т.п. Несмотря на то, что для строго типизированных языков программирования анализ операторов объявления может дать полную информацию о константах, переменных и их типах, представляется существенным дополнением наличие таблиц типов и имен. Все перечисленные возможности предоставляет свободно распространяемая библиотека Sage++, разработанная в Иллинойском университете

“Sage++ является попыткой предложить объектно-ориентированный инструментарий для построения систем обработки программ на языках Fortran77, Fortran90, C и C++. Sage++ предназначен для разработчиков, проводящих исследования в следующих областях: построение распараллеливающих компиляторов, средств анализа производительности и оптимизаторов исходного кода” [2].

 Скачать реферат