bachelor_thesis/src/sections/task/aims.tex

\subsection{Постановка задачи, определение целей работы}

Так возникает задача добавления в систему SAPFOR дополнительного сценария работы -- распараллеливания Фортран-программ без построения схемы распределения данных и с использованием директивы \texttt{PARALLEL} без клаузы \texttt{ON}.

Требуется, чтобы новый режим мог обходить ограничения, накладываемые распределением данных, тем самым расширяя класс распараллеливаемых программ на общую память по сравнению со стандартным распараллеливанием на кластер. В частности, вставляемые директивы должны корректно описывать все данные, используемые в цикле, их область хранения в памяти и зависимости типа ACROSS, если они есть.

Также от добавляемого функционала естественно потребовать его \textit{корректность}: если входная программа корректная, то система SAPFOR должна выдавать правильную параллельную программу, которая будет успешно компилироваться и выполняться.

Помимо этого, результирующее распараллеливание должно быть эффективным, то есть давать приемлемый прирост производительности за счёт многопоточного выполнения: не замедлять программу существенно в худших случаях и получать распараллеливание, конкурирующие с ручным в лучших случаях. В это требование дополнительно входит расстановка оптимизирующих клауз \texttt{TIE} в директивы \texttt{PARALLEL} везде, где это возможно.

Поскольку работа ведётся в рамках доработки системы SAPFOR, решение должно быть в неё интегрировано должным образом:

\begin{itemize}
    \item в системе SAPFOR каждое преобразование оформляется в виде последовательности \textit{проходов} -- алгоритмов, которые логически разделены на блоки. Поэтому новый функционал должен быть реализован в виде нового прохода (или в виде последовательности новых проходов);

    \item новый режим распараллеливания должен учитывать и правильно обрабатывать директивы системы SAPFOR;

    \item должна быть добавлена возможность вызова этого режима через диалоговую графическую оболочку;

    \item вместе с самим распараллеливанием должен быть добавлен функционал анализа входного кода, который выдавал бы информацию по распараллеливанию без фактической вставки директив. Аналогичный анализ в системе SAPFOR есть и для режима распараллеливания на кластер. Он помогает пользователю выявлять проблемы при автоматизированном распараллеливании.
\end{itemize}

Ещё одной подзадачей работы является проверка выполнения этих требований путём проведения тестирования на множестве программ, которые должны содержать достаточное количество распараллеливаемых циклов разных видов.

Рассмотрим небольшой пример распараллеливания на общую память на части программы, реализующей алгоритм Якоби (см. Листинг \ref{lst:jac}). Система SAPFOR должна успешно вставить все присутствующие директивы DVM-системы. При запуске анализа кода диалоговая система должна сообщить, что внешний цикл распараллелить нельзя (и указать причину), и что внутренние циклы могут быть распараллелены без препятствий.

\pagebreak

\begin{lstlisting}[style=FORT,caption={
Пример распараллеливания на общую память.},label={lst:jac}]
    do  it = 1,itmax 
        eps = 0. 
!DVM$ REGION  
!DVM$ PARALLEL (j,i), PRIVATE (i,j),TIE (a(i,j),b(i,j)),REDUCTION (max (eps)) 
        do  j = 2,l - 1 
            do  i = 2,l - 1 
                eps = max (eps,abs (b(i,j) - a(i,j))) 
                a(i,j) = b(i,j) 
            enddo   
        enddo   
!DVM$ PARALLEL (j,i), PRIVATE (i,j),TIE (a(i,j),b(i,j)) 
        do  j = 2,l - 1 
            do  i = 2,l - 1 
                b(i,j) = calculate (a(i - 1,j) + a(i,j - 1) + a(i + 1,j) + a(i,j + 1)) 
            enddo   
        enddo   
!DVM$ END REGION
        if (eps .lt. maxeps)  goto 3 
    enddo   
3   continue
\end{lstlisting}

В дополнение к описанному, существует ещё несколько сценариев использования системы SAPFOR, при котором может пригодиться новый функционал. Во-первых, с помощью режима распараллеливания на общую память можно будет распараллеливать программы, написаные с использованием технологии MPI \cite{mpi}, что может дать дополнительное ускорение. Во-вторых, данный режим может быть полезен и при обычном распараллеливании с распределением данных: с его помощью можно предварительно оценивать программы на предмет потенциала к распараллеливанию, например заранее узнавать, какие циклы могут быть распараллелены, а какие нет. Используя полученную информацию, можно оценивать вероятность того, что распараллеливание даст положительный эффект ещё до создания схемы распределения данных.