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

1 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

8382. Религии и культы Древнего Китая 83 KB
  Религии и культы Древнего Китая Введение Актуальность и научная значимость исследования религий и культов Древнего Китая обуславливается тем, что сегодня наблюдается особый интерес к изучению наследия религий и культов. Это объясняется тем, что наст...
8383. Сравнение древнеиндийской и древнекитайской философии 258 KB
  ГЛАВА 1. Зарождение и развитие древнеиндийской философии Предпосылками формирования древней индийской философии являются: - экономические - переход от меди к железу, развитие товарно-денежных отношений -социально-политические - ослабление родоплеме...
8384. Бухгалтерский учет в Китае 28.87 KB
  Бухгалтерский учет в Китае ВВЕДЕНИЕ Системы бухгалтерского учета различных стран отличаются своим многообразием. На современном уровне экономической интеграции стран, бухгалтерский учет становится одним из средств международного общения. Цель индиви...
8385. Географические особенности Китая 38 KB
  КИТАЙ Китай - развитое государство в Восточной Азии, крупнейшее по численности населения государство мира (свыше 1,3 млрд.), занимает третье место в мире по территории, уступая России и Канаде. Чем омывается, с чем граничит. С востока КНР омыва...
8386. Прошедшее завершенное время в китайском языке 30.5 KB
  Прошедшее завершенное время в китайском языке Прошедшее завершенное время глагола обозначает действие, которое было совершено в прошлом. Для того, чтобы показать завершенность действия к глаголу присоединяется суффикс Часто суффикс употребляе...
8387. Промышленные кластеры и СЭЗ Китая: пути формирования, особенности функционирования, вызовы развития 43 KB
  Промышленные кластеры и СЭЗ Китая: пути формирования, особенности функционирования, вызовы развития. Чем вызван интерес к теме? В последние годы в России данные два инструмента развития - СЭЗ и кластеры - стали восприниматься в качестве ун...
8388. Особенности китайской медицины 39.5 KB
  Особенности китайской медицины В современной медицине все больше внимания уделяется эмоциональным и психическим причинам болезней. По некоторым данным, от 50% до 80% болезней возникает из-за внутренней эмоциональной нестабильности. А что говор...
8389. Правовая система Китая 40 KB
  Правовая система Китая. Объективное право в европейском смысле присуще традиционному обществу только в том случае, если оно находится в состоянии войны всех против всех. Закон в объективном смысле приносит равенство, в Китае же закон - это...
8390. Китайский язык (начальный курс - 1 часть) 1.29 MB
  Китайский язык (начальный курс - 1 часть) Предисловие Учебное пособие Китайский язык для начинающих предназначено для студентов I курса неязыковых специальностей высших учебных заведений, а также изучающих китайский язык самостоятельно. Це...