Intel® CilkTM Plus – общая характеристика и ключевые слова

Презентацию к лекции Вы можете скачать здесь.

Intel® CilkTM Plus

• расширение языков C/C++ (ключевые слова, расширенная векторная нотация, гиперобъекты, элементные функции);
• обеспечивает эффективный и безопасный параллелизм типа "fork-join" (операция порождения – spawn, гиперобъекты, диспетчеризация системой исполнения);
• обеспечивает векторный параллелизм (векторизация операций с сечениями массивов и элементных функций);
• Fortran (в настоящее время) не поддерживается.

Intel® CilkTM Plus поддерживается компиляторами:

• Intel (начиная с версии 12);
• GCC (начиная с версии 4.7);
• совместим с Microsoft Visual Studio.

Мультиплатформенность (Windows и Linux).

Ориентирован на "обычные" процессоры Intel, а также на ускоритель MIC (Many-Integrated-Core). GPGPU (графические ускорители) не поддерживаются.

Удобные средства работы с массивами (расширенная индексная нотация – аналог сечений массивов в языке Fortran).

Удобное использование векторных расширений команд, векторизация функций.

В Intel® CilkTM Plus сохраняется семантика последовательной программы.

Программа может выполняться как в последовательном, так и в параллельном режимах.

Параллельное выполнение возможно, если это допускает целевая платформа (достаточное количество ядер).

Пример

#include <cilk/cilk.h>
 void sample_qsort(int * begin, int * end)
{
  if (begin != end) {
  --end;
  int * middle = std::partition(begin, end,
    std::bind2nd(std::less<int>(),*end));
  std::swap(*end, *middle); // pivot to middle
  cilk_spawn sample_qsort(begin, middle);
  sample_qsort(++middle, ++end); // Exclude pivot
  cilk_sync;
,     }
}

Модель программирования Intel® CilkTM Plus

Модель программирования Intel® CilkTM Plus основана на параллелизме задач.

Программа пишется в семантике последовательного программирования. Фрагменты для распараллеливания расщепляются на подзадачи, связанные отношениями подчинения ("родитель"-"потомок"). Такая реализация параллелизма иногда называется "fork-join".

Программист, использующий CilkTM Plus должен думать о том, что следует распараллелить, а не как. В этом – одно из отличий от OpenMP-программирования.

Балансировкой занимается runtime-система. Балансировка выполняется методом захвата работы. Алгоритмы диспетчеризации таковы, что их эффективность, как правило, высока.

Программист

Определяет и описывает потенциальный параллелизм.

Планировщик

Отображает его на реально существующую конфигурацию потоков.

Задачи связаны между собой отношениями подчинения. Конфигурацию приложения во время его выполнения можно изобразить в виде направленного ациклического графа (DAG).

Граф задач в Cilk-программе является динамическим – он создается и изменяется в процессе выполнения программы.

Ветви- последовательные фрагменты кода. Исполняются в режимах "продолжения" и "порождения"

Узлу порождения соответствуют 2 "наследника"

При выполнении параллельной Cilk-программы формируется очередь задач. Выполнением задач занимаются "исполнители" (workers). Это- потоки.

Их число задается с помощью переменной окружения CILK_NWORKERS:

export CILK_NWORKERS=4 (Linux/bash)

Распределение задач между потоками выполняется методом "захвата работы" – освободившийся поток выполняет очередную задачу.

Если доступен только один поток, программа выполняется как последовательная

Сериализация (выполнение программы в последовательном режиме) происходит, если степень параллелизма целевой платформы недостаточно велика.

Сериализация также происходит при использовании заголовочного файла <cilk/cilk_stub.h> и при компиляции с соответствующим ключом:

icc: -cilk-serialize
icl: /Qcilk-serialize

В Microsoft Visual Studio сериализовать Cilk-программу можно так:

Properties -> C/C++ -> Language [Intel C++] -> Replace Intel Cilk Plus Keywords with Serial Equivalent

Если доступно несколько потоков, программа выполняется как параллельная.

Диспетчеризация основана на "жадных" (greedy) алгоритмах.