Санкт-Петербургский государственный университет
Опубликован: 11.10.2012 | Доступ: свободный | Студентов: 929 / 170 | Длительность: 05:14:00
Лекция 1:

Обзор средств разработки высокопроизводительных приложений

Лекция 1: 123 || Лекция 2 >
Аннотация: Эта лекция является вводной. В ней рассматриваются такие вопросы, как эволюция вычислительных технологий, даётся обзор программных инструментов, используемых для разработки высокопроизводительных приложений.

Презентацию к данной лекции Вы можете скачать здесь.

8 способов достижения высокой производительности:

  • Выбор вычислительной системы
  • Выбор модели (если задача решается методом математического моделирования
  • Использование эффективных вычислительных алгоритмов
  • Использование приёмов написания оптимального кода
  • Использование оптимизированных библиотек
  • Оптимизация при компиляции
  • Оптимизация готовой программы на основе анализа её выполнения
  • Параллельное программирование
    • параллелизм данных (OpenMP, Cilk Plus)
    • параллелизм задач (MPI)

Эволюция вычислительных технологий

От фоннеймановской архитектуры к архитектуре параллельной

  • Фоннеймановская архитектура
  • Как эволюционировала архитектура вычислительных систем
  • Эволюция программных технологий

Фоннеймановская архитектура последовательная, скалярная. В "классическом" фоннеймановском компьютере параллелизм отсутствует на всех уровнях.


Традиционная последовательная модель программирования, ориентированная на SISD архитектуры (по Флинну). Языки последовательного программирования.

Пользователю нужна производительность. Увеличение производительности позволяет:

  • решать новые, более сложные задачи;
  • решать старые задачи, но быстрее;
  • решать старые задачи, но с более высокой точностью.

Многие расширения фоннеймановской архитектуры используют параллелизм на разном уровне


Вычислительные системы с распределённой памятью (кластеры, MIMD по классификации Флинна) от небольших кластеров до суперкомпьютеров, занимающих первые позиции в рейтинге Top 500 Supercomputers.

Кластер - группа вычислительных узлов, объединённых высокоскоростной коммуникационной подсистемой и представляющая с точки зрения пользователя единый аппаратный ресурс.


Программные инструменты разработки высокопроизводительных приложений

Низкоуровневые средства

Системные вызовы операционной системы (UNIX/Linux)

IPC (InterProcess Communications)

  • именованные каналы;
  • общая память;
  • сообщения;
  • семафоры.

IPC. Сообщения. Пример

Клиент

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include "mesg.h"
main()
{
message   message;
key_t  key;
int msgid, length, n;
  
  if ((key = ftok("server", 'A')) < 0){
    printf("Невозможно получить ключ\n"); exit(1); }
  message.mtype=1L;
  if ((msgid = msgget(key, PERM | IPC_CREAT)) < 0){
    printf("Невозможно создать очередь\n"); exit(1); }
  n = msgrcv(msgid, &message, sizeof(message), message.mtype, 0);
  if (n > 0) {
    if (write(1, message.buff, n) != n) {
      printf("Ошибка вывода\n"); exit(1); }
  }
  else { printf("Ошибка чтения сообщения\n"); exit(1); }
  
  exit(0);

Сервер

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include "mesg.h"
main()
{
Message      message;
key_t  key;
int  msgid, length;
  message.mtype = 1L;
  if ((key = ftok("server", 'A')) < 0){
    printf("Невозможно получить ключ\n"); exit(1); }
  if ((msgid = msgget(key, 0)) < 0){
    printf("Невозможно получить доступ к очереди\n"); exit(1); }
  if ((length = sprintf(message.buff, "Здравствуй, Мир!\n")) < 0){
    printf("Ошибка копирования в буфер\n"); exit(1); }
  if (msgsnd(msgid, (void *) &message, length, 0) !=0){
    printf("Ошибка записи сообщения в очередь\n");
    exit(1); }
  if (msgctl(msgid, IPC_RMID, 0) < 0){
    printf("Ошибка удаления очереди\n"); exit(1); }
  exit(0);

Лекция 1: 123 || Лекция 2 >
Александр Качанов
Александр Качанов
Япония, Токио
Дмитрий Кифель
Дмитрий Кифель
Казахстан, Темиртау