Açık çoklu iş parçacığı - Explicit multi-threading

Açık Çoklu İş Parçacığı (XMT) bir bilgisayar Bilimi paralel bilgisayarların oluşturulması ve programlanması için paradigma paralel rasgele erişimli makine (PRAM) paralel hesaplama modeli. XMT'nin daha doğrudan bir açıklaması, yapılan temel soyutlamayla başlar. seri hesaplama basit: bir seri programda çalıştırılabilecek herhangi bir tek komutun hemen yürütülmesi. Bu soyutlamanın bir sonucu, bir sonraki yürütme için mevcut olan talimatın adım adım (tümevarımlı) açıklamasıdır. XMT'nin arkasındaki ilk paralel soyutlama, Anında Eşzamanlı Yürütme (ICE) olarak adlandırılır. Vishkin (2011), eşzamanlı yürütme için mevcut olan sonsuz sayıda komutun hemen yürütülmesidir. ICE'nin bir sonucu, eşzamanlı yürütme için bir sonraki mevcut talimatların adım adım (endüktif) açıklamasıdır. Serinin ötesine geçmek von Neumann bilgisayar (bugüne kadarki tek başarılı genel amaçlı platform), XMT'nin özlemi, bilgisayar biliminin matematiksel tümevarımı basit bir tek satırlık hesaplama soyutlamasıyla tekrar artırabileceğidir.

rastgele erişimli makine (RAM) bir soyut makine standart seri hesaplama için algoritmaları ve karmaşıklığı incelemek için bilgisayar biliminde kullanılan model. PRAM hesaplama modeli, paralel algoritmaları ve karmaşıklığı benzer şekilde incelemek için tanıtılan soyut bir paralel makine modelidir. paralel hesaplama, henüz inşa edilmedikleri zaman. Araştırmacılar, PRAM modeli için geniş bir paralel algoritma bilgisi geliştirdiler. Bu paralel algoritmaların, paralel algoritmalara yönelik diğer yaklaşımların standartlarına göre basit olduğu da bilinmektedir.

Bu geniş paralel algoritmalar gövdesi, PRAM modeli için bilgi birikimi ve bunların göreceli basitliği, programlamaları bu paralel algoritmalar tarafından yönlendirilebilen bilgisayarları motive etti. Paralel programcıların üretkenliği uzun zamandır başarı için paralel bir bilgisayarın çok önemli olduğu düşünüldüğünden, algoritmaların basitliği önemlidir.

Çok çekirdekli bilgisayarlar, tek bir tümleşik devre kalıbına entegre edilmiş iki veya daha fazla işlemci çekirdeği etrafında oluşturulur. Genel amaçlı bilgi işlem dahil olmak üzere birçok uygulama alanında yaygın olarak kullanılırlar. Açık Çoklu İşlem (XMT), onlarca, yüzlerce veya binlerce işlemci çekirdeğine sahip çok çekirdekli bilgisayarlar oluşturmak ve programlamak için kullanılan bir bilgi işlem paradigmasıdır.

2011 ve 2012'de yayınlanan deneysel çalışma, XMT prototiplerindeki gelişmiş PRAM algoritmaları için son teknoloji ürünü çok çekirdekli bilgisayarlardaki aynı sorunlara kıyasla önemli ölçüde daha fazla hızlanma olduğunu göstermektedir.

2018'de yayınlanan çalışma, kilit adımlı paralel programlamanın (ICE kullanarak) XMT sistemlerindeki en hızlı elle ayarlanmış çok iş parçacıklı kodla aynı performansı elde edebileceğini göstermektedir. Bu tür endüktif kilit adımı yaklaşımı, zorlu programcılar için bilinen diğer birçok çekirdek sistemin çok iş parçacıklı programlama yaklaşımlarının tersidir.

XMT paradigması, Uzi Vishkin.

XMT'nin ana soyutlama seviyeleri

Explicit Multi-Threading (XMT) bilgi işlem paradigması, çeşitli soyutlama düzeylerini bütünleştirir.

Çalışma süresi (WT) (bazen iş derinliği olarak adlandırılır) çerçevesi, Shiloach ve Vishkin (1982), paralel algoritmaları kavramsallaştırmak ve tanımlamak için basit bir yol sağlar. WT çerçevesinde, paralel bir algoritma ilk olarak paralel turlar açısından tanımlanır. Her tur için, gerçekleştirilecek işlemler karakterize edilir, ancak birkaç sorun bastırılabilir. Örneğin, her turdaki işlem sayısının net olması gerekmez, işlemcilerden bahsedilmesi gerekmez ve işlemcilerin işlere atanmasına yardımcı olabilecek herhangi bir bilginin hesaba katılması gerekmez. İkinci olarak, bastırılmış bilgiler sağlanır. Bastırılmış bilginin dahil edilmesi, aslında, bir programlama teoreminin kanıtı tarafından yönlendirilir. Brent (1974). WT çerçevesi kullanışlıdır çünkü paralel bir algoritmanın ilk tanımını büyük ölçüde basitleştirebilirken, bu ilk açıklama tarafından bastırılan ayrıntıları eklemek genellikle çok zor değildir. Örneğin, WT çerçevesi, paralel algoritma kitaplarında (PRAM modeli için) temel sunum çerçevesi olarak benimsenmiştir. JaJa (1992) ve Keller, Kessler ve Traeff (2001) sınıf notlarında olduğu gibi Vishkin (2009). Vishkin (2011) WT çerçevesi ile yukarıda belirtilen daha ilkel ICE soyutlaması arasındaki basit bağlantıyı açıklar.

XMT paradigması kullanılarak programlanabilir XMTC, programlama dilinin küçük bir uzantısı olan paralel, çok iş parçacıklı bir programlama dili C. XMT paradigması, bir programcının WT çerçevesinde bir algoritma dökümüyle başlayan ve onu XMTC'de programlamaya devam eden iş akışını içerir.

XMT çok çekirdekli bilgisayar sistemleri, birkaç patenti içeren çok iş parçacıklı programların çalışma zamanı yük dengelemesini sağlar. Onlardan biri [1] genelleştirir program sayıcı kavram, von Neumann mimarisi çok çekirdekli donanıma.

XMT prototipleme ve daha fazla bilgi için bağlantılar

Ocak 2007'de 64 işlemcili bir bilgisayar [2] Paraleap adlı[3] bu genel konseptin tamamlandığını gösterir. XMT konsepti, Vishkin vd. (1998) ve Naishlos vd. (2003) ve XMT 64 işlemcili bilgisayar Wen ve Vishkin (2008). Paralel programlamayı kolaylaştırmak, günümüzde bilgisayar biliminin karşılaştığı en büyük zorluklardan biri olduğundan, gösteri aynı zamanda PRAM algoritmalarının ve XMTC programlamasının temellerini liseden farklı öğrencilere öğretmeyi de içerdi. Torbert vd. (2010) okuldan mezun olmak.

Deneysel çalışma rapor edildi Caragea ve Vishkin (2011) için Maksimum akış sorunu ve iki bildiride Edwards ve Vishkin (2012) Grafik Bağlantısı için (Bağlantı (grafik teorisi) ), Graph Biconnectivity (çift ​​bağlantılı grafik ) ve Grafik Üç Bağlantısı (Üç bağlantılı bileşen ) problemler, paralel algoritmik literatürdeki en gelişmiş algoritmalardan bazıları için, XMT paradigmasının, son teknoloji ürünü çok çekirdekli bilgisayarlardaki aynı problemlere kıyasla 8 kattan 100 kattan fazla hızlanma sunabildiğini gösterdi. Bildirilen her hızlanma, en hızlı seri makinelerde çalışan en hızlı seri algoritmaya göre bir XMT prototipindeki saat döngülerini karşılaştırarak elde edildi.

XMT prototiplemesi, Ghanim, Vishkin ve Barua (2018), kilit adımlı paralel programlamanın (ICE kullanarak) XMT sistemlerindeki en hızlı elle ayarlanmış çok iş parçacıklı kodla aynı performansı elde edebileceğini belirleyerek. Bu 2018 sonucu, XMT programlama ile yarış koşulları ve diğer talepleri zorlama eğiliminde olan ve hatta bazen programcılarda başarısız olan hemen hemen tüm diğer çok çekirdekli sistemler tarafından kullanılan çok iş parçacıklı programlama yaklaşımları arasındaki karşıtlığı keskinleştirir. Vishkin (2014).

Referanslar

  • Brent, Richard P. (1974), "Genel aritmetik ifadelerin paralel değerlendirilmesi", ACM Dergisi, 21 (2): 201–208, CiteSeerX  10.1.1.100.9361, doi:10.1145/321812.321815.
  • Shiloach, Yossi; Vishkin, Uzi (1982), "Bir Ö(n2 günlükn) paralel maksimum akış algoritması ", Algoritmalar Dergisi, 3 (2): 128–146, doi:10.1016 / 0196-6774 (82) 90013-X.
  • JaJa Joseph (1992), Paralel Algoritmalara Giriş, Addison-Wesley, ISBN  978-0-201-54856-3
  • Keller, Jorg; Kessler, Cristoph W .; Traeff, Jesper L. (2001), Pratik PRAM Programlama, Wiley-Interscience, ISBN  978-0-471-35351-5
  • Naishlos, Dorit; Nuzman, Joseph; Tseng, Chau-Wen; Vishkin, Uzi (2003), "Son Derece İnce Tanecikli Paralel Programlama Yaklaşımının İlk Dikey Prototiplenmesine Doğru" (PDF), Bilgisayar Sistemleri Teorisi, 36 (5): 551–552, doi:10.1007 / s00224-003-1086-6.

Notlar

  1. ^ Vishkin, Uzi. Açık çoklu okuma sağlamak için spawn-join komut seti mimarisi. ABD Patenti 6,463,527. Ayrıca bakınız Vishkin vd. (1998).
  2. ^ Maryland Üniversitesi, basın açıklaması, 26 Haziran 2007: "Maryland Profesörü Masaüstü Süper Bilgisayarı Yaratıyor".
  3. ^ Maryland Üniversitesi, A.James Clark School of Engineering, basın açıklaması, 28 Kasım 2007: Bilgi İşlem Teknolojisinde "Sonraki Büyük" Atılım "Bir İsim Alır".

Dış bağlantılar