77305

Анализ подходов к отладке параллельных вычислений

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Фактически единственным способом является поочередное подсвечивание строчек создающее иллюзию выполнения программы перед глазами пользователя. Выполнение программы отождествляется с ее исходным текстом вообще говоря статическим. Попытки же напрямую исследовать динамику выявляют огромную сложность рассмотрения реальной программы и в основном ограничиваются небольшими фрагментами кода. Кроме того выполнение программы как последовательность операторов довольно плохо поддается визуализации.

Русский

2015-02-02

19 KB

0 чел.

Анализ подходов к отладке параллельных вычислений

А.Ю. Байдалин. ИММ УрО РАН, Екатеринбург

Отладка правильности и производительности параллельных программ и ее визуализация — весьма актуальная задача для всех, кто занят разработкой соответствующего программного обеспечения. В 80-ых и 90-ых годах XX прошлого столетия ей уделялось большое внимание в самых серьезных исследовательских центрах. Был разработан целый ряд мощных отладочных средств. В тоже время в целом эта проблема так и не была разрешена, а в настоящее время в этом плане наблюдается определенный застой.

Среди подходов к отладке правильности следует прежде всего выделить классический, рассматривающий параллельные отладчики, как своего сорта расширение традиционных отладчиков, разработанных еще в 70-ые годы. В этой связи визуализация отладки зачастую может рассматриваться не как самостоятельным видом, а лишь надстройкой над отладочным интерфейсом и средством вывода больших объемов данных.

Традиционный подход к изучение выполнения параллельных программ основан на операторном подходе, ведущем свое происхождение от трассировки последовательных программ. Соответственно и визуализация в той или иной степени сводится к проигрыванию трассы. Фактически, единственным способом является поочередное подсвечивание строчек, создающее иллюзию выполнения программы перед глазами пользователя. Выполнение программы отождествляется с ее исходным текстом, вообще говоря статическим. В тоже время зависимость динамики выполнения от входных данных и взаимодействия с внешним миром как бы затушевывается. Попытки же напрямую исследовать динамику выявляют огромную сложность рассмотрения реальной программы и, в основном, ограничиваются небольшими фрагментами кода. Кроме того, выполнение программы как последовательность операторов довольно плохо поддается визуализации. Причина сложности анализа эффективности программы и стагнации в данной области в последнее время заключается в фундаментальной проблеме визуализации – как показать процесс, как визуализировать динамику чего-либо. Этот вопрос в общем смысле открыт и до конца не решен.

Интересно, что собственно визуальные отладчики были реализованы весьма давно в отладчике Voyeur, где использовались средства создания образов для представления параллельных программ.Характерным для этого отладчика является пример отладки программы, моделирующей поведение хищных и нехищных рыб типа «хищник-жертва». «Мир», в котором они живут представляет собой сетку, состоящую из квадратов, где находятся рыбы, поведение которых рассчитывается на различных процессорах вычислительной системы. Один из 16 процессоров управляет частью сетки из 4*4 квадратов. При отладке применялось естественное представление модельных объектов. Использование визуального отладчика позволило одновременно увидеть несколько участков «мира» и составить представление о ходе работы программы сразу на нескольких процессорах. Важно, что в этом случае была четко сформулирована и реализована в визуальном видемодель правильного и неправильного выполнения программы. Удалось найти четкое и яркое визуальное представление для самой компьютерной модели и модели правильности. Однако обобщить эти идеи не удается. Отметим, что в общем случае отсутствует и модель эффективности параллельных программ, что препятствует разрабоке эффективных отладчиков производительности.

Необходимы новые подходы к созданию отладочных средств. В этой связи как возможный подход может быть рассмотрен реверсивный анализ причинно-следственной цепочки. Возможно необходимы другие способы описания процессов в динамике. В частности, можно говорить, что программа (статический исходный текст) порождает пучок (семейство) траекторий, которые являются образами выполнения алгоритма на конкретных исходных данных. С учетом того, что каждый переход между состояниями обладает скалярной характеристикой, отождествляемой с продолжительностью времени выполнения, для каждой траектории можно задать скалярную характеристику, описывающую выполнение (прогон) программы в целом. В терминах траекторий можно описать два разных алгоритма, решающих одну и ту же задачу. Для каждой начальной точки будут порождены две траектории, приводящие в одну и ту же точку конечную, каждая траектория обладает своей продолжительностью (прохождения, по сути,  времени выполнения). Рассматривая совокупность временных характеристик траекторий, можно говорить о временной характеристике алгоритма.

В настоящее время исследуется формализация описания отладки эффективности программы, а также решается вопрос с выбором математического аппарата. Фактически оптимизация программы может быть переформулирована в следующем виде: построить последовательность семейств траекторий так, чтобы результирующее отображение из области входных значений в область выходных или концевого множества обладало средним/минимальным/максимальным подходящим по критерию временем. В случае параллельной программы можно говорить либо о расщеплении общего пространства состояний на несколько, либо о представлении совокупности процессов параллельной программы как нескольких отображений, оказывающих друг на друга воздействие.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39937. Общая характеристика и боевое применение проводной связи 40.18 KB
  При организации проводной связи необходимо учитывать: возможность обеспечения связи только между неподвижными пунктами; большую уязвимость кабельных линий от ядерных взрывов ударов авиации огня артиллерии противника от танков бронетранспортеров и автомашин; сложность прокладки и снятия на зараженной и труднопроходимой местности громоздкость материальной части и сравнительно малую скорость работ по прокладке и снятию линий связи; потребность в большом количестве сил и средств для перевозки прокладки эксплуатационного...
39938. Общая характеристика, способы организации ФПС 44.27 KB
  Подвижные средства применяются для обеспечения фельдъегерскопочтовой связи с вышестоящим штабом между пунктами управления подчиненных частей подразделений во всех видах боевых действий при передвижении и расположении войск на месте. При организации фельдъегерскопочтовой связи следует учитывать: характер местности; состояние и загруженность маршрутов скорость и проходимость подвижных средств; местонахождения пунктов управления и посадочных площадок; необходимость охраны фельдъегерей доставляющих секретные документы и воинских...
39939. Общая характеристика и боевое применение радиорелейной связи 52.82 KB
  В тоже время при организации радиорелейной связи необходимо учитывать зависимость ее от рельефа местности что вызывает необходимость тщательного выбора трассы линии связи невозможность работы или значительное уменьшение дальности действия радиорелейных станций в движении возможность перехвата передач и создания радиопомех противником. Способы организации радиорелейной связи Радиорелейная связь может быть организована по направлению по сети и по оси. Применение того или иного способа в каждом отдельном случае зависит от конкретных условий...
39940. Тропосферная связь 15.2 KB
  Тропосферные станции предназначаются для строительства прямых многоканальных линий связи большой протяженности. Дальность связи на одном интервале тропосферной линии может составлять 120250 километров.
39941. Понятие о системе связи 23.76 KB
  В связи с этим можно дать следующее определение. Система военной связи подсистема системы управления войсками силами и оружием обеспечивающая обмен информацией и автоматизацию управления. Оно отражает функциональное предназначение системы военной связи обеспечение обмена информацией и автоматизацию управления.
39942. Требования к системе связи 39.5 KB
  По перечисленным свойствам к системе военной связи предъявляются требования: высокая боевая готовность; устойчивость; пропускная способность; мобильность; разведзащищенность; доступность; управляемость. Высокая боевая готовность системы военной связи Высокая боевая готовность системы военной связи ее способность в любое время и в различных условиях обстановки выполнять задачи по обеспечению управления войсками. Требование высокой боевой готовности относится прежде всего к стационарным системам связи мирного времени и полевым системам...
39943. Войска связи Сухопутных войск, их назначение и состав 30 KB
  Соединения части и подразделения связи или в дальнейшем коротко войска связи являются специальными войсками и входят в состав всех видов Вооруженных сил РФ. Эти войска предназначены для развертвования и эксплуатации систем связи и обеспечения управления войсками силами во всех видах их боевой деятельности. На них также возлагаются задачи по развертвованнию и эксплуатации средств автоматизации управления проведению и организации технических мероприятиях по обеспечению связи и АСУ мероприятий по обеспечению безопасности связи Войска...
39944. Условия, влияющие на организацию и обеспечение связи в мотострелковом (танковом) батальоне в бою и специальной войсковой операции 24.5 KB
  Кроме этого на организацию связи в батальоне существенное влияние оказывает наличие сил и средств связи.
39945. Организация связи в мсб (тб) 25.5 KB
  Организация связи в бою в мсбтб зависит от многих факторов: условия перехода к обороне в наступление; роль и место батальона в боевом порядке полка боевой порядок и задачи батальона; принятая система управления; организация взаимодействия; наличие и состояние сил и средств связи; построение обороны средства усиления; характер местности и т. Основным способом организации проводной связи в мсб является направление проводной связи. Связь с командиром и штабом полка обеспечивается силами и средствами роты связи полка кабелем П274М согласно...