Обзор средств 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);