十五并行程序設(shè)計(jì)環(huán)境與工具

1、十五 并行程序設(shè)計(jì)環(huán)境與工具1并行程序設(shè)計(jì)環(huán)境與工具15.1 軟件工具與環(huán)境15.2 并行編譯器15.3 并行程序調(diào)試15.4 并行程序性能分析15.5 圖形化并行程序集成開發(fā)環(huán)境 2軟件工程與環(huán)境編碼工具編輯器 編譯器 連接器和加載器 預(yù)處理程序 交叉引用程序 源級(jí)查錯(cuò)器 查錯(cuò)輔助程序軟件工程工具系統(tǒng)構(gòu)造程序 版本管理程序 設(shè)計(jì)編輯器 代碼產(chǎn)生器 測(cè)試輔助程序集成工具數(shù)據(jù)集成 公共前端 控制集成將來的工具與環(huán)境過程工具 群件工具 可視化工具 程序分析工具3并行程序設(shè)計(jì)環(huán)境與工具15.1 軟件工具與環(huán)境15.2 并行編譯器15.3 并行程序調(diào)試15.4 并行程序性能分析15.5 圖形化并行程序

2、集成開發(fā)環(huán)境 4并行編譯器編譯及其并行化向量化（SIMDizing） 并行化（MIMDizing）相關(guān)分析流相關(guān) 反相關(guān) 輸出相關(guān) 控制相關(guān)代碼優(yōu)化代碼向量化方法 代碼并行化方法代碼生成中間形式的代碼轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的具體的機(jī)器目標(biāo)代碼5并行程序設(shè)計(jì)環(huán)境與工具15.1 軟件工具與環(huán)境15.2 并行編譯器15.3 并行程序調(diào)試15.4 并行程序性能分析15.5 圖形化并行程序集成開發(fā)環(huán)境 6并行程序調(diào)試并行程序調(diào)試的方法與步驟 困難：不確定性、探針效應(yīng) 方法：重放（Replay）斷點(diǎn)調(diào)試（Breakpoint Debugging） 步驟： 先確保串行程序運(yùn)行正確性；以單機(jī)執(zhí)行并行程序確保并行程序的基

3、本正確性；在的基礎(chǔ)上逐步增大處理器數(shù)以充分證實(shí)并行程序的正確性；逐步增加并行程序中的并行成分以進(jìn)一步對(duì)并行程序進(jìn)行性能調(diào)試；當(dāng)出錯(cuò)時(shí)要依次檢查數(shù)據(jù)定義，數(shù)據(jù)分布和同步機(jī)制正確性等。錯(cuò)誤原因分析7并行程序調(diào)試并行程序的調(diào)試技術(shù) 全局?jǐn)帱c(diǎn)、漸增檢查點(diǎn)、事件分析、靜態(tài)分析 斷點(diǎn)調(diào)試包括控制流斷點(diǎn)、自陷斷點(diǎn)和謂詞斷點(diǎn)；他的主要缺點(diǎn)是探針效應(yīng)。事態(tài)分析法記錄運(yùn)行中事件軌跡信息而事后加以分析，軌跡信息主要用于閱覽和重放。重放控制程序再現(xiàn)同步通信次序就可以重放程序運(yùn)行結(jié)果。并行程序的性能調(diào)試 測(cè)量、分析（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）、優(yōu)化8并行程序設(shè)計(jì)環(huán)境與工具15.1 軟件工具與環(huán)境15.2 并行編譯器15.3 并行程序

4、調(diào)試15.4 并行程序性能分析15.5 圖形化并行程序集成開發(fā)環(huán)境 9并行程序性能分析并行程序的性能預(yù)測(cè) 并行程序性能的靜態(tài)分析又叫性能預(yù)測(cè) 方法：分析預(yù)測(cè)（Analytical Prediction）、模擬仿真模擬仿真：并行系統(tǒng)建模 、應(yīng)用程序建模 性能評(píng)估的參數(shù)選擇并行程序的性能監(jiān)控 并行程序性能的動(dòng)態(tài)分析又叫性能監(jiān)控工具：聯(lián)機(jī)的、脫機(jī)的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)監(jiān)控、事件驅(qū)動(dòng)監(jiān)控并行程序的性能可視化 性能可視化：數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析與用戶交互用戶界面10并行程序性能分析靜態(tài)分析：采用模擬或分析方法獲取源程序中有關(guān)性能參數(shù)報(bào)告給用戶，是在源程序一級(jí)進(jìn)行的，其優(yōu)點(diǎn)是可以用較小的時(shí)間代價(jià)，針對(duì)重要的程序

5、結(jié)構(gòu)做出多種可能的性能選擇，缺點(diǎn)是準(zhǔn)確性較差。動(dòng)態(tài)分析：采用測(cè)量的方法收集程序運(yùn)行中的各種性能參數(shù)，即時(shí)或事后報(bào)告給用戶；性能參數(shù)的獲取可由硬件和軟件提供；其優(yōu)點(diǎn)是所提供的數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是靈活性較差。性能分析方法：統(tǒng)計(jì)程序各部分執(zhí)行時(shí)間；分析大計(jì)算量的程序段是計(jì)算部分還是通信部分或I/O部分，從而找出性能瓶頸；根據(jù)加速的理論值和實(shí)測(cè)值，分析計(jì)算粒度大小，負(fù)載平衡情況，通信開銷和存儲(chǔ)訪問沖突以及CACHE命中率等；根據(jù)效率和可擴(kuò)放性分析結(jié)構(gòu)與算法的組合最佳情況等。 11并行程序性能分析可視化定義，目的和概念 定義：科學(xué)數(shù)據(jù)可視化是使用圖形方法增強(qiáng)對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)的解釋和便于用戶直觀理解。目的：為科學(xué)

6、數(shù)據(jù)提供富有表達(dá)性的和有效可視的表示概念，方法和工具等?；靖拍睿嚎梢暬拍詈凸ぞ呤腔谛睦韺W(xué)，感知學(xué)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，藝術(shù)和繪畫等其他學(xué)科，其基本過程是由真實(shí)現(xiàn)象數(shù)字圖畫目標(biāo)表示。 科學(xué)數(shù)據(jù)的特征化 可視元素（Cues）：圖畫的基本要素，例如空間位置和運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)度、深度、面、體、厚度，角度、斜率取向，密度和顏色、對(duì)比度等。定量表示：點(diǎn)數(shù)據(jù)集的可視化用散布圖(Scatter plots)和圖示符(Glyphs)表示；連續(xù)函數(shù)用標(biāo)量表示，矢量用長(zhǎng)度和方向表示；n維張量場(chǎng)用主方向和絕對(duì)值表示。12并行程序性能分析可視化技術(shù) 散布圖（Scatter plots）：點(diǎn)數(shù)據(jù)用(Xi, Yi)表示。圖示符（G

7、lyphs）：表示復(fù)數(shù)集合。直方圖或餅圖：前者用矩形面積表示專門含義；后者表示部分與總體的比例關(guān)系。等值線（ISO-line）與等值面（ISO-Surface）：前者對(duì)于二維數(shù)據(jù)集，恒值線上的點(diǎn)具有相同值；后者對(duì)于三維數(shù)據(jù)集，等值面上的數(shù)值都相同。圖像顯示：對(duì)于二維數(shù)據(jù)可選用不同的數(shù)值、灰度和顏色等。射線跟蹤：為了顯示體內(nèi)元素值，用光線跟蹤將三維中的體元素（Voxel）投影到二維上。動(dòng)畫：使用動(dòng)畫連續(xù)移動(dòng)畫面產(chǎn)生明顯動(dòng)感。13并行程序設(shè)計(jì)環(huán)境與工具15.1 軟件工具與環(huán)境15.2 并行編譯器15.3 并行程序調(diào)試15.4 并行程序性能分析15.5 圖形化并行程序集成開發(fā)環(huán)境 14圖形化并行程序集成開發(fā)環(huán)境圖形化的并行程序開發(fā)方法 基本思路：用節(jié)點(diǎn)表示計(jì)算，用弧表示計(jì)算之間的交互，采用統(tǒng)一圖形用戶界面，將并行程序的設(shè)計(jì)、編輯、編譯連接、調(diào)試和性能分析等工具集成起來，力圖實(shí)現(xiàn)并行程序開發(fā)各階段的可視化?；窘M成：至少包括：可視化的程序設(shè)計(jì)工具；可視化的模擬系統(tǒng) ；可視化的程序調(diào)試和行為分析工具?；玖鞒蹋?用圖形語言編輯器設(shè)計(jì)和構(gòu)造用圖形編程語言書寫的并行程序； 用預(yù)編譯器產(chǎn)生C源代碼，MAKE文件和交叉引用文件； 由生成器連接有關(guān)庫函數(shù)生成可執(zhí)行文件； 可執(zhí)行代碼以調(diào)試或跟蹤模式加載到處理器上執(zhí)行。15圖形化并行程序集成開發(fā)環(huán)境并行程序的可視化設(shè)計(jì)