77373

Язык программирования RiDE.L

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Традиционно используемые в HPC языки с архитектурой классических компиляторов: C, C++, FORTRAN, Pascal – не позволяют справляться с этой сложностью настолько хорошо, насколько позволяют более поздние языки: Haskell, JavaScript, Oz, Ruby. Но программы, написанные на таких языках недостаточно эффективны во время исполнения

Русский

2015-02-02

18 KB

3 чел.

Язык программирования RiDE.L

М.О. Бахтерев, В.В. Косенко

ИММ УрО РАН, УрГУ, Екатеринбург

Разработка ПО, используемого для высокопроизводительных вычислений (HPC), со временем становится всё сложнее вместе с усложнением применяемых в больших расчётах аппаратных архитектур,  структур данных и алгоритмов, математических моделей.

 Традиционно используемые в HPC языки с архитектурой классических компиляторов: C, C++, FORTRAN, Pascal –  не позволяют справляться с этой сложностью настолько хорошо, насколько позволяют более поздние языки: Haskell, JavaScript, Oz, Ruby. Но программы, написанные на таких языках недостаточно эффективны во время исполнения. Лучший в этом Haskell GHC даже с использованием направленных на оптимизацию, нарушающих стройные синтаксис и семантику этого языка конструкций не позволяет получать программы, сравнимые с полученными при помощи C++ по скорости исполнения и по эффективности использования памяти. Известно, что Haskell GHC проигрывает по этим параметрам C++ в более чем 2 раза на программах, вычисляющих одинаковые функции.

Попытки расширять классические компиляторы инструментами из новых языков программирования предпринимаются: C++0x, C#, Java. Но они приводят к чрезмерному усложнению и без того нетривиальных синтаксиса и семантики расширяемых языков, что существенно затрудняет работу как пользователям этих инструментов, так и их создателям.

В связи с этим актуальной становится разработка языка, обладающего набором характеристик, обеспечивающих как эффективное программирование, так и эффективное исполнение полученных программ. Требования к языку формулировались в ходе работ над ядром операционной системы, но выполнение этих требований может привести к средству полезному и в разработке ПО для HPC. Нужным представляется сочетание следующих качеств:

1. Базовые синтаксис и семантика должны быть максимально простыми и однородными.

2. Язык  должен позволять составлять программы в императивной парадигме.

3. В языке должны быть возможны работа с замыканиями, перегрузка и спецификация операторов.

При разработке как ядра ОС, так и ПО для HPC это позволяет удобно (опыт показывает: удобнее чем шаблоны (template) в C++) описывать алгебраические типы данных. Также в ПО для HPC при помощи замыканий можно обеспечивать специализацию кода во время исполнения, что полезно для достижения максимальной производительности. При этом обеспечивать её с сохранением контроля со стороны программиста над процессом специализации, как это позволяет `C, а не прозрачными методами, возможно, не соответствующим особенностям решаемой задачи, которые используются в виртуальных машинах .Net и Java.

4. В языке должны присутствовать механизмы для описания машинно-зависимых типов данных. При работе и над ОС, и над ПО для HPC это обеспечивает возможность оптимизировать программы для работы на процессорах определённой архитектуры.

5. Язык должен обеспечивать создание новых конструкции для управления потоком выполнения. При разработке ОС это полезно для создания абстракций, облегчающих описание цепочек обработки ошибок, а в разработке ПО для HPC это может пригодиться, например, для реализации оптимизированной под архитектуру конкретного супер-компьютера параллельной версии оператора for, или некого оператора, предназначенного для управления работой вычислительных ядер (имеются в виду специальные программы) в потоковых вычислителях.

Удовлетворяющий всем этим требованиям язык удалось разработать. И более того, RiDE.L, оказался несложным в своей архитектуре. Он прост синтаксически и является, в общем, тривиальным языком выражений. Семантика же этих выражений определяется при помощи простого алгоритма, замещающего участки дерева выражений реализациями соответствующих перегруженных операторов. Это нельзя сделать без определения некоторых базовых примитивов, но оказалось, что достаточно реализовать в семантической базе небольшое число простых конструкций (меньше десятка), предназначенных для абстрактной работы с типами, для работы с выражениями и для перегрузки операторов.

Несмотря на свою базовую простоту, RiDE.L позволяет работать например, с такими нетривиальными конструкциями:

int i; int j; future(int) array(M * N) retvals; int allisok;

for (((i; j) ={in} range(0; N - 1) * range(0; N - 1)) &&
(ok = 1; ok)) (
retvals.(i * j) = matrixmul 'A.%1 B.%2 : R.%1.%2 = R'(i; j) |
 grep 'success'
);

for ((allisok = 1; i = 0); i < M * N && allisok; i += 1)
allisok &&= wait(retvals.i) && retvals.i.value == 0);

if (allisok) () or (print 'ERROR')

Данный код описывает запуск и ожидание результатов примитивного параллельного умножения матрицы A на матрицу B в рамках модели распределённых вычислений, принятой в разрабатываемой ОС. В этом коде конструкции: int, future, array, range, for, if-or, ={in} – не являются элементами базовой семантики RiDE.L, а могут быть реализованы на уровне библиотек.

В настоящее время реализовано несколько основных компонентов транслятора RiDE.L, и вскоре будет создан его рабочий прототип, на котором можно будет проверить гипотезы о гибкости, выразительной мощи и удобстве предлагаемых подходов к построению компиляторов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63871. Социальная солидарность в эпоху перемен 43 KB
  Социальная солидарность sociаl solidаrity интеграция и ее степень или тип проявляемые обществом либо группой. Французский философ и социолог Эмиль Дюркгейм выделил что социальная солидарность это то что скрепляет и сплачивает индивидов в единое целое.
63872. Проблема толерантности в общеобразовательных учреждениях начального общего образования 59.5 KB
  Проблема толерантности в общеобразовательных учреждениях начального общего образования Развитие толерантности является объективной потребностью современного общества. В педагогических теориях толерантность оценивается как: отсутствие или ослабление реагирования на какой либо неблагоприятный фактор...
63873. Тенденции института семьи в трансформационном аспекте: внебрачная рождаемость 18.73 KB
  Появляются новые тенденции такие как например снижение количества ранних браков; рост числа разводов; увеличение среднего возраста женщины вступления в брак; увеличение среднего возраста матери при рождении первого ребенка; а так же увеличение количества детей которые рождаются вне брака.
63874. Феномен социального отчуждения 43.5 KB
  Доминирующей формой социального отчуждения становится отчуждение техническое обусловленной ростом места техники в жизни современного человека. Отчуждение это процесс в котором от людей отделяются результаты их деятельности сама деятельность а также те силы которые эту деятельность...
63875. Жизненные ориентации горожан 18.56 KB
  Для каждой личности характерен свой уникальный способ жизни способ ее организации оценивания и осмысления. В процессе своей жизни личность выступает в качестве то субъекта общения то субъекта деятельности являясь при этом субъектом своей жизни объединяющим...
63876. Язык заголовка кинотекста 45.5 KB
  Главным инструментом исследователей языка является текст потому что непосредственно текст представляет собой сферу функционирования языковых единиц и в тексте слово получает свое основное значение и осмысление. Гальперин характеризует текст как произведение речетворческого процесса...
63877. Проблемы профилактики игровой компьютерной зависимости среди детей и подростков 17.22 KB
  За последние двадцать лет информационное пространство в нашей стране приобрело новый формат. С появлением такого типа игр резко возросло число подростков и молодых людей проводящих 10 и более часов за игрой в компьютер.
63878. Проблема межпоколенческой преемственности как основы социокультурного единства современного российского общества 43.5 KB
  Актуальность проблемы социокультурного единства российского общества обуславливается прежде всего кардинальными изменениями происходившими и протекающими ныне во всех сферах жизни россиян. Социальные и культурные ценности вместе с социумом претерпевают активную...
63879. К вопросу о возможности всемирной культуры в контексте работы И. Валлерстайна «Анализ мировых систем и ситуация в современном мире» 21.48 KB
  Иммануэль Валлерстайн в своей книге Анализ мировых систем и ситуация в современном мире затрагивает тему всемирной культуры и задается вопросом: возможна ли она При различном употреблении этого термина культура это то что некоторые люди чувствуют или делают в отличие от других которые чувствуют или делают...