ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ДЛЯ МВС НА ОСНОВЕ ПОНЯТИЙ «ПРОСТРАНСТВО-ВРЕМЯ».

Джон Хэннеси
президент Стэндфордского университета:
“… когда мы начинаем говорить о параллелизме и легкости использования действительно параллельных компьютеров, мы говорим о проблеме, которая труднее любой проблемы, с которой встречалась наука о компьютерах …
Я бы запаниковал, если бы я работал в промышленности.”
Введение

Цель работы
Реализовать систему программирования, сводящую трудоемкость реализации параллельных моделей к трудоемкости создания последовательных моделей
Система для создания вычислительных и программных моделей и счета их на МВС.
OST (Object-Space-Time)

Что планировалось сделать
Реализация системы OST на МВС
Исправление структуры OST на основе полученного опыта
Реализация прикладной задачи и вычисления на МВС
Реализация мониторинговой системы для наблюдения и управления ходом вычислений.

Основные алгоритмические проблемы реализации параллельных вычислений
Создание связей между программными объектами и управления ими во время счета.
Синхронизация действий в объектах, распределенных по МВС.

Наше решение: композиция программных и вычислительных объектов
на основе понятий«пространство-время»
Традиционное описание частей модели
(на одном процессоре) в виде вычислительных и программных объектов.
Композиция из частей:
Локальное определение связей конкретного объекта:
- Задание координат в пространстве некой топологии
- Определение координат соседей объекта.
Локальное время объекта для синхронизация действий:
Вызов операции в соседнем объекте разрешен только при равенстве их локальных времен.

Основные понятия в OST
Вычислительный объект
Представление физической области (набор матриц,
векторов и скаляров
+ алгоритм счета)
Программный объект
Представление вычислительного объекта
в МВС (множество несмежных областей оперативной памяти, в которых хранятся данные и программы)
Формальные «соседи»
Набор формальных параметров, задающих «окружение» для объекта (локальность)
Фактические «соседи»
Набор ссылок на «соседние» прикладные объекты для программного объекта
(подставляются монитором OST вместо формальных параметров)
Пространство
В нём множество вычислительных объектов. Связи пары объектов определяются «соседством», то есть «близостью» в пространстве.

Основные понятия в OST
Время
Целочисленный параметр программного объекта, используемый для упорядочения действий
Синхронизация
Пара программных объектов может взаимодействовать друг с другом только при равенстве времен.
Продвижение по времени
Программный объект увеличивает параметр времени, таким образом продвигаясь по времени.
Монитор OST
Следит за продвижениями по времени программного объекта.
Обеспечивает взаимодействие с фактическими соседями программного объекта
при равенстве времен.
Программная модель – множество программных объектов, взаимодействующих путем вызова операций друг в друге.

Объединение объектов в модель. Пространство-Время в OST
Для прикладного объекта описываются координаты соседей
Вызов разрешается только при равенстве времени

Создание прикладного объекта
Прикладной объект
Координаты и время прикладного объекта в топологии
+координаты соседей
Данные для конкретного прикладного объекта
Файл объектов

Схема счета задачи
Управления счетом
OST_Main
OST_Local
Файл объектов
OST_Local

Сделано на данный момент
Система OST реализована на основе разработанной архитектуры
Произведен запуск системы OST на МВС
(rsc4.kiam.ru)
Переработана структура системы OST
Реализована прикладная задача M2DGD и запущена на МВС (Павлухин П.В.)
Разрабатывается мониторинговая система для наблюдения и управления ходом вычислений (Чугунов А.В.)

Система OST на rsc4.kiam.ru
Умножение матриц
размера 1024х1024
Задача M2DGD
Последовательный комплекс программ для решения 2D нестационарных задач газовой динамики в областях сложной формы.
(подробнее в докладе Павлухина П.В.)

Сравнение системы OST c другими средами параллельного программирования
Система OST обеспечивает задание связей и организацию синхронизации счета просто и прозрачно
В системе OST предусмотрены удобные средства отладки:
Отладку можно производить на обычном ПК, и только потом запускать на МВС.
Можно использовать средства отладочного вывода и мониторинга, предназначенные для наблюдения за ходом счета
В реализации задачи M2DGD система OST продемонстрировала удовлетворительные результаты по сравнению с реализацией с помощью MPI

Выводы
Реализована программная среда OST
на основе понятий «Пространство-время»
Макетный пример умножения матриц показал эффективность параллельных вычислений
Реализация прикладной задачи M2DGD показала эффективность использования программной среды OST
Сравнение результатов счета задачи M2DGD с помощью системы OST и MPI показали удовлетворительные результаты