Categorization And Visualization Of Parallel Programming Systems

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2005Yükesek kazanımlı programlama olarak da bilinen paralel programlama, bir problemi daha hızlı çözmek için aynı anda birden çok işlemci kullanılmasına denir. Günümüzde, ağır işlemler içeren birçok problem paralel olarak uygulanmaya çalışılmaktadır, buna örnek olarak nehir sularının simüle edilmesi, fizik veya kimya problemleri, astrolojik simülasyonlar verilebilir. Bu tezin amacı, bilimsel hesaplama veya mühendislik amaçlı kullanılan yüksek kazanımlı yazılımları tartışmaktır. Paralel programlama sistemleri ile kastedilen kütüphaneler, diller, derleyiciler, derleyici yönlendiricileri veya bunun dışında kalan, programcının paralel algoritmasını ifade edebileceği yapılardır. Yükesek kazanımlı program tasarımı için programcının dikkat etmesi gereken iki önemli nokta vardır: problemi iyi kavrayıp uygun bir çözüm önermek, doğru sisteme karar verebilmek. Doğru karar verebilmek için kullanıcının sistemler hakkında oldukça iyi bilgiye sahip olması gerekir. Bazen, birden çok yazılım ve donanımı bir arada kullanmak da gerekebilir. Bu tezde var olan paralel programlama sistemleri tanımlanır ve sınıflandırılır, bunun için güncel bildiriler esas alınmıştır. Özellikle algoritmik taslaklar ve fonsiyonel paralel programlama üzerinde durulmuştur.Ayrica güncel bilgileri depolamak ve bir kaynak yaratmak için wiki temelli bir web kaynağı oluşturulmuştur. Sistemlerin grafik gösterimini sağlayıp daha anlaşılır bir sınıflandırma yapabilmek için yeni bir sözdizimi tasarlanıp dinamik ağ çizebilecek webdot aracı ile bir araya getirilerek sistemleri temsil edecek ağı çizecek araç geliştirilmiştir. Bu sözdiziminin öğrenilmesi ve kullanılması son derece kolaydır. Son olarak iki temel paralel programlama tipi, paylaşılan bellek ve mesajlaşma, iki farklı tipte algoritma kullanılarak karşılaştırılmıştır. Programlar OpenMP ve MPI ile gerçeklenmiştir, farklı paralel makinelerde koşturulup sonuçları karşılaştırılmıştır. Paralel makineler için Almanya nın Aachen Üniversitesi nin SMP ağı ve Ulakbim in dağıtık bellekli paralel makineleri kullanılmıştır.Parallel computing, also called high-performance computing, refers to solving problems faster by using multiple processors simultaneously. Nowadays, almost every computationally-intensive problem that one could imagine is tried to be implemented in parallel. This thesis is aimed at discussing high-performance software for scientific or engineering applications. The term parallel programming systems here means libraries, languages, compiler directives or other means through which a programmer can express a parallel algorithm. To design high performance programs, there are two keys for the programmer: to understand the problem and find a solution for parallelization, and to decide on the right system for the implementation, which requires a good knowledge about existing parallel programming systems. The programmer, after having understood the problem, has to choose between many systems, some of which are closely related, whereas others have big differences. This thesis describes and classifies existing parallel programming systems, thus bringing existing surveys up to date. It describes a wiki-based web portal for collecting information about most recent systems, which has been developed as part of the thesis. A special syntax and a visualization tool has been developed. This syntax and tool allow users to have their own categorization scheme. Fourth, it compares two major programming styles message passing and shared memory with two different algorithms in order show performance differences of these styles. Algorithms are implemented in OpenMP and MPI, performance of both programs are measured on the SMP Cluster of Aachen University, Germany and on the Beowulf Cluster of Ulakbim, Ankara.Yüksek LisansM.Sc

Generating and auto-tuning parallel stencil codes

In this thesis, we present a software framework, Patus, which generates high performance stencil codes for different types of hardware platforms, including current multicore CPU and graphics processing unit architectures. The ultimate goals of the framework are productivity, portability (of both the code and performance), and achieving a high performance on the target platform. A stencil computation updates every grid point in a structured grid based on the values of its neighboring points. This class of computations occurs frequently in scientific and general purpose computing (e.g., in partial differential equation solvers or in image processing), justifying the focus on this kind of computation. The proposed key ingredients to achieve the goals of productivity, portability, and performance are domain specific languages (DSLs) and the auto-tuning methodology. The Patus stencil specification DSL allows the programmer to express a stencil computation in a concise way independently of hardware architecture-specific details. Thus, it increases the programmer productivity by disburdening her or him of low level programming model issues and of manually applying hardware platform-specific code optimization techniques. The use of domain specific languages also implies code reusability: once implemented, the same stencil specification can be reused on different hardware platforms, i.e., the specification code is portable across hardware architectures. Constructing the language to be geared towards a special purpose makes it amenable to more aggressive optimizations and therefore to potentially higher performance. Auto-tuning provides performance and performance portability by automated adaptation of implementation-specific parameters to the characteristics of the hardware on which the code will run. By automating the process of parameter tuning — which essentially amounts to solving an integer programming problem in which the objective function is the number representing the code's performance as a function of the parameter configuration, — the system can also be used more productively than if the programmer had to fine-tune the code manually. We show performance results for a variety of stencils, for which Patus was used to generate the corresponding implementations. The selection includes stencils taken from two real-world applications: a simulation of the temperature within the human body during hyperthermia cancer treatment and a seismic application. These examples demonstrate the framework's flexibility and ability to produce high performance code