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

727. Системи числення 1.27 MB
  Аналіз сучасного стану розвитку систем числення. Подання чисел у формі з фіксованою та плаваючою комою. Лістинг програми на Microsoft Visual Studio 2010. Позиційною системою числення є звичайна десяткова система числення. Переведення з однієї системи числення в іншу.
728. Электрическое поле в веществе 158 KB
  Особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом. Система уравнений Максвелла. Воздействие электрического поля на поверхность электропроводящей среды в её приповерхностном слое. Диапазон удельных сопротивлений металлических проводников.
729. Линейная стационарная система с постоянными параметрами 5.19 MB
  Цифровой фильтр (линейная стационарная система с постоянными параметрами – ЛПП-система) задается в дискретном времени импульсной характеристикой. Отклик ЦФ на последовательность, найденный непосредственно через уравнение свертки...
730. Формування екологічної свідомості та мислення 52.5 KB
  Формування екологічного мислення і свідомості в умовах сучасного суспільства. Загальні підходи до формування екологічного світогляду та мислення. Варіанти формування екологічної свідомості запропоновані різними авторами.
731. Иммуногистохимические маркеры как фактор прогноза при хирургическом лечении колоректального рака 106.9 MB
  Роль исследования лимфатических узлов в определении прогноза колоректального рака. Молекулярно-биологические маркеры как факторы прогрессии и метастазирования колоректального рака. Методы отбора больных для включения в исследование, дизайн исследования, методы сбора данных. Концепция хирургического лечения при правосторонней локализации опухоли.
732. Специфика работы агента по снабжению и сбыту в РТУП Торговый дом Легпром 155.5 KB
  Функции и задачи отделов МТО и сбыта. Нормативно-правовые документы, касающиеся материально-технического обеспечения и сбыта продукции в РТУП Торговый дом Легпром. Разработка планов материально-технического обеспечения. Заключение хозяйственных договоров. Учет и контроль поступления и реализации товарно-материальных ценностей. Организация складского хозяйства. Отгрузка продукции потребителям.
733. Анализ деятельности фирмы на рынке и теория коррупции 127 KB
  Рынок и закономерности его функционирования. Крупный бизнес и слабое государство. Конкурентные рынки и выбор фирм. Планирование деятельности и доходов фирмы. Проблемы российских предпринимателей при ведении ими бизнеса. Динамика коррупции в России.
734. Определение коэффициента вязкости жидкости по методу падающего шарика 57 KB
  Основная расчетная формула для вычисления коэффициента вязкости жидкости. Средние значения диаметра шарика и время его падения. Средства измерений и их характеристики. Расчет границы абсолютной погрешности измерения плотности материала шариков.
735. Многофункциональный высотный жилой дом 96 KB
  Решение генплана и благоустройство территории. Конструктивное решение объекта. Инженерно-техническое решение и оборудование. Мероприятия по решению вопросов энергосбережения и экологии. Площади для размещения инженерного оборудования.