Ein hierarchisches Programmierkonzept für eine graphische Programmierumgebung zur Erstellung paralleler Porgramme für lose gekoppelte MIMD-Rechner:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| adam_text | Titel: Ein hierarchisches Programmierkonzept für eine graphische Programmierumgebung zur Erstellung parall
Autor: DuCarrois, Stephan
Jahr: 1997
SCHRITT- m BERICHTE^# UMÊ Dipl.-Inform. Stephan du Carrois, Hannover Ein hierarchisches Programmierkonzept für eine graphische Programmierumgebung zur Erstellung paralleler Programme für lose gekoppelte MIMD-Rechner Reihe 10 : Informatik/ Kommunikationstechni k Nr. 496
Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Zielsetzung und Anforderungen....................................................................................................6 1.2 Vorgehen........................................................................................................................................7 2 Entwicklung paralleler Programme 8 2.1 Parallelrechner-Architekturen........................................................................................................8 2.2 Leistungsmaße.............................................................................................................................13 2.3 Allgemeine Entwicklungsschritte paralleler Programme............................................................14 2.3.1 Algorithmenentwurf...........................................................................................................15 2.3.2 Formulierung paralleler Algorithmen.................................................................................17 2.3.2.1 Nebenläufig auszufüihrende Einheiten - der Prozeßbegriff.....................................17 2.3.2.2 Synchronisation und Kommunikation über Kommunikationskanäle.....................18 2.3.3 Abbildung........................................................................................................................... 19 2.3.4 Fehlersuche in parallelen Programmen..............................................................................19 2.3.5 Leistungsbetrachtungen paralleler Programme..................................................................21 3 Bestehende Ansätze 23 3.1 Auf dem nachrichten-orientierten Programmiermodell aufsetzende Ansätze.............................23 3.1.1 Poker...................................................................................................................................23 3.1.2
TRAPPER...........................................................................................................................25 3.1.3 ParaGraph...........................................................................................................................26 3.1.4 TOPSYS.............................................................................................................................27 3.1.5 HeNCE...............................................................................................................................29 3.2 Skelettorientiertes Programmieren..............................................................................................30 3.2.1 Algorithmische Skelette.....................................................................................................30 3.2.2 BAKS-basierter Skelettgenerator TINA.............................................................................32 3.2.3 PIE......................................................................................................................................32 3.3 Zusammenfassung.......................................................................................................................33 4 Hierarchisch strukturierte parallele Algorithmen 36 4.1 Prozeßmodell...............................................................................................................................37 4.2 Kommunikationskanäle...............................................................................................................42 4.3 Beschreibung eines parallelen Algorithmus - Prozeßgraphen.....................................................44 4.4 Hierarchische Prozeßgraphen......................................................................................................47 4.4.1 Beschreibung von Abstraktionsebenen..............................................................................51
4.5 Unvollständige hierarchische Prozeßgraphen..............................................................................52 4.5.1 Beschreibung von Abstraktionsebenen..............................................................................56 4.5.2 Beschriftungsbögen............................................................................................................56 V
4.6 Unterstützung des Entwurfsvorgehens........................................................................................57 4.6.1 Arbeitweise von Operationen.............................................................................................58 4.6.2 Operationen........................................................................................................................58 4.7 Zusammenfassung.......................................................................................................................67 5 Abbildungsunterstützung 68 5.1 Beschreibung des LC-MIMD-Rechners......................................................................................68 5.2 Gewichtungen..............................................................................................................................74 5.2.1 Betrachtungen zu Zielfunktionen.......................................................................................74 5.2.2 Gewichtung von Prozessorgraphen....................................................................................76 5.2.3 Gewichtung vom Prozeßgraphen........................................................................................77 5.3 Beschreibung von Restriktionen..................................................................................................80 5.3.1 Gruppenrestriktionen..........................................................................................................80 5.3.1.1 Operationen zur Formulierung von Gruppenrestriktionen.....................................85 5.3.1.2 Erweiterung der Operationen zur Unterstützung des Entwurfsvorgehens..............87 5.3.2 Zuordnungsrestriktionen.....................................................................................................89 5.3.2.1 Operationen zur Formulierung von Zuordnungsrestriktionen................................97 5.3.3 Gruppenbildung im
Prozessorgraphen...............................................................................97 5.4 Beschreibung paralleler Programme............................................................................................98 5.5 Zusammenfassung.....................................................................................................................101 6 Wiederverwendbarkeit 103 6.1 Allgemeine Überlegungen zu Software-Materialien.................................................................104 6.1.1 Behandlung von Gruppenrestriktionen.............................................................................107 6.2 Bausteine....................................................................................................................................110 6.2.1 Prozeßbausteine................................................................................................................110 6.2.2 Hierarchische Prozeßbausteine.........................................................................................112 6.2.2.1 Operationen zur Erstellung und Substitution........................................................113 6.3 Schablonen.................................................................................................................................117 6.3.1 Prozeßschablonen.............................................................................................................118 6.3.2 Abstrakte Prozeßschablonen.............................................................................................120 6.3.3 Hierarchische Prozeßschablonen......................................................................................123 6.4 Replikation.................................................................................................................................124 6.5 Adaptierbare parallele Algorithmen und
Programme................................................................130 6.5.1 Betrachtungen zur Erstellung und Verwendung...............................................................130 6.5.2 Adaptierbare parallele Algorithmen.................................................................................131 6.5.3 Adaptierbare parallele Programme...................................................................................132 6.5.3.1 Skalierbare parallele Programme..........................................................................132 6.5.3.2 Skelette.................................................................................................................135 6.6 Zusammenfassung.....................................................................................................................137 7 Realisierung des hierarchischen Programmierkonzepts 139 7.1 Die Entwicklungsumgebung......................................................................................................140 7.1.1 Graphische Elemente........................................................................................................140 7.1.1.1 Die Software-Architektur der Entwicklungsumgebung.......................................140 7.1.1.2 Das Modell...........................................................................................................141 7.1.1.3 Die Sichten...........................................................................................................141 7.1.1.4 Der Controller.......................................................................................................145 VI
7.1.2 Textuelle Elemente ...........................................................................................................146 7.1.2.1 Die Basis-Programmiersprache............................................................................146 7.1.2.2 Formulierung von funktionalen Replikationsspezifikationen und funktional spezifizierten Prozessorgraphen...........................................................................147 7.1.3 Die Schnittstelle zum Generator.......................................................................................148 7.2 Die Parallelrechnerumgebung....................................................................................................149 7.2.1 Software-Architektur zur Realisierung der Portabilität....................................................149 7.2.2 Die konkreten Parallelrechnerumgebungen......................................................................151 7.2.2.1 MePS....................................................................................................................151 Aufbau eines MePS-Anwendungsprogramms.....................................................151 Nachrichtenaustausch unter MePS.......................................................................152 Speicherverwaltung unter MePS..........................................................................153 7.2.2.2 Ausführung auf den Parallelrechnern...................................................................153 7.2.3 Die MPE-Abstraktions-Schicht........................................................................................154 7.2.3.1 Die Entwicklungs-Funktionen..............................................................................154 7 . 23.2 Die MPE-abhängigen Funktionen........................................................................155 7.3 Der Generator für MePS................................ 157 7.4 Stand der
Implementation............................................ 161 8 Zusammenfassung und Ausblick 162 Literaturverzeichnis 164 VII
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