Αξιολόγηση Της Chapel - Επιδόσεις Και Παραγωγικότητα

Abstract

Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αξιολόγηση μιας νέας παράλληλης γλώσσας προγραμματισμού με το όνομα Chapel. Η γλώσσα αυτή προέκυψε μέσα από το πρόγραμμα HPCS της DARPA το οποίο έχει ως διακυρηγμένο στόχο την επίλυση του προβλημάτος της χαμηλής παραγωγικότητας που χαρακτηρίζει τον χώρο ανάπτυξης παράλληλου λογισμικού. Ως βάση για σύγκριση, δημιουργήσαμε μια μικρή "βιβλιοθήκη" μετρο-προγραμμάτων που περιλαμβάνει τους εξής γνωστούς αλγορίθμους:* Γινόμενο πινάκων* Αλγόριθμος Floyd-Warshall* Επαναληπτικός αλγόριθμος Jacobi* Παράλληλος(Black-Red)αλγόριθμος Gauss-Seidel* Πολλαπλασιασμός αραιού πίνακα με διάνυσμαΟι ανωτέρω αλγόριθμοι γράφτηκαν στην Chapel 1.4.0 και σε δύο άλλες καθιερωμένες παράλληλες γλώσσες, τις OpenMP και MPI, και έτρεξαν πάνω σε μια συστοιχία εμπορικών πολυπύρηνων επεξεργαστών συνδεδεμένων μέσω Gigabit Ethernet. Η σύγκριση των τριών υλοποιήσεων έδειξε ότι η Chapel είναι πολύ κοντά στην OpenMP τόσο σε απόλυτους χρόνους όσο και σε κλιμακωσιμότητα. Όσον αφορά την εκτέλεση σε πολλούς κόμβους μπορούμε να διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: όταν οι αλγόριθμοι δεν απαιτούν επικοινωνία, η Chapel εμφανίζει άριστη κλιμακωσιμότητα και είναι μόλις 4 φορές πιο αργή από την MPI. Στους υπόλοιπους αλγορίθμους οι χρόνοι της είναι ως και χιλιάδες φορές μεγαλύτεροι της MPI που σημαίνει ότι η χρήση της Chapel δεν είναι καθόλου πρακτική, τουλάχιστον με μη εξειδικευμένο hardware. Διάφοροι λόγοι για την υστέρηση αυτή δίνονται στο κεφάλαιο 6.5. Επίσης, επιχειρήσαμε μία όσο το δυνατόν πιο αντικειμενική σύγκριση για την ευκολία προγραμματισμού (programmability), απ’την οποία η Chapel αναδείχθηκε ως ο ξεκάθαρος νικητής.Ο δεύτερεύων στόχος της διπλωματικής ήταν η διερεύνηση ενός πολύ σημαντικού χαρακτηριστικού της Chapel, που είναι τα πεδία ορισμού (domains) που δημιουργούνται από τους χρήστες. Με τον όρο domain εννοούμε το σύνολο των δεικτών για τους οποίους ένας πίνακας έχει στοιχεία. Στην Chapel, ο τρόπος που ορίζεται το domain ενός πίνακα καθορίζει την κατανομή του τελευταίου στους διάφορους επεξεργαστικούς κόμβους και τον αριθμό των νημάτων που τον επεξεργάζονται παράλληλα. Εμείς υλοποιήσαμε ένα πεδίο ορισμού για την σχετικά δύσκολη κατανομή δεικτών του αλγόριθμου Black-Red και μετρήσαμε την απόδοσή του έναντι της "απλής" μας υλοποίησης του αλγορίθμου.