«параллельді есептеулер» ПӘнінің ОҚУ-Әдістемелік кешені

Нәтижесінде әрбір процессорда өз элементтері және көрші процессордың элементтері сұрыпталады да, қайта бөлінеді: сол жақтағы көрші процессор элементтердің бірінші жартысын (кіші элементтерді), оң жақтағы – екінші жартысын (үлкен элементтерді) бөліп алады. Осы фазалар өткен соң тізбек сұрыпталады. Әрбір фаза кезінде екі блокты біріктіру үшін Q(n/p) салыстыру орындалады және Q(n/p) уақыт жұмсалады.
Бақылау сұрақтары

1. Сұрыптаудың қандай түрлері бар?

2. Ранг әдісімен сұрыптау дегеніміз не?

3. Көпіршіктер әдісімен сұрыптаудың ерекшелігі?

1. 
   Воеводин Вл. Параллельные вычисления. Санкт-Петербург, 2002
   
2. 
   Грегори Р. Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер. с. англ. –М.:Издательский дом «Вильямс», 2003
   
3. 
   Акжалова А.Ж. Параллельные вычисления (учебное пособие). –Алматы, 2004
   
4. 
   4. Немнюгин С.А., Стесик О.Л. Параллельное программирование для высокопроизводительных многопроцессорных систем – СПб., 2002
   

1. PVM – параллель виртуал машинасы;

2. MPI - хабарламаларды беру интерфейсі;

3. Тез әсер ететін Fortran (HPF).

Параллель виртуал машинаны есептеудің жалпы нәтижесін алу үшін қатысатын көптеген есептерді орындауға арналған нақты есептеу кешенінің (процессорлар, жады, қосалқы құрылғылар және т.б.) құралы ретінде анықтауға болады. Жалпы жағдайда есептер саны PVM-ге қосылған процессорлар санынан асып кетуі мүмкін.PVM – нің қызмет атқаруы онда орындалып жатқан есептер арасындағы ақпаратпен алмасу мүмкіндігіне сүйенеді.

PVM – ді қолданудың негізгі мақсаты – есептеу жылдамдығын олардың параллель орындалуы есебінен арттыру.

PVM – мен қоса осы модельдің графикалық интерфейсі де – ХPVM жасалып шықты. ХPVM процесстердің жүйелеу уақытын, күту уақытын, хабарламаларды жіберу мезетін визуальді бақылауға мүмкіндік береді.

МРІ (Message Passing Interface) параллель программалаудың ең ерте шыққан құралы болып есептеледі. МРІ кітапханасын қолдaну кезінде үлестірілген программалар процесстері С және Fortran тізбектелген тілдерінде азылады. Процесстердің өзара байланысы мен олардың синхронизациясы МРІ кітапханасының процедураларын шақыру көмегімен беріледі.

МРІ программалауының интерфейсін – 90 жылдардың ортасында университет, мемлекет және өнеркәсіптік мекемелердің өндірушілері тобы жасап шығарды. Оның мақсаты әртүрлі көппроцессорлы машиналарда тиімді жүзеге асыруға болатындай бірыңғай кітапхана жасап шығару болды.

МРІ кітапханасын қолданатын программа SPMD стилінен тұрады (Флинн таксономиясын қараңыз). Мұнда әрбір процесс бір программаның көшірмелерін орындайды. Программаның әрбір экземпляры өзіндік экземплярды анықтай алады. Демек, әртүрлі әрекеттер жасай алады.

Тез әсер ететін Фортран (High Perfomance Fortran) – бұл Фортранға негізделген тілдер тобының ең жаңа мүшесі. HPF-тің ең алғашқы нұсқасы 1992 жылы жасалды. Екінші нұсқасы 1997 жылдың басында жарияланды. Бірнеше компиляторлары қазіргі кезде де бар, ал HPF – программалар тез әрекет ете алатын машиналардың қазіргі түрлерінде де орындала алады.

HPF - бұл мәліметтер бойынша параллель тіл. Ол массивтер және олардың бөліктерінің бірнеше амалдарын қолдайтын Фортран 90 тілінің кеңеймесі болып табылады. HPF проектісіне, мәліметтер бойынша параллель Фортранның ерте диалектісі Фортран 90 тілі әсер еттті.

HPF–тің негізгі компоненттері: массивтерді меншіктеудің мәліметтерінің параллельділігі, мәліметтерді үлестіруді басқарудың компиляторы және параллель циклдарды синхронизациялау және жазу операторлары.

1. PVM- ді қолдаднудың негізгі мақсаты?

2. МРІ кітапханасын қолданатын программаны атаңыз

3. НРҒ мен Фортран тілінің арасында қандай байланыс бар.

1. 
   Воеводин Вл. Параллельные вычисления. Санкт-Петербург, 2002
   
2. 
   Грегори Р. Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер. с. англ. –М.: Издательский дом «Вильямс», 2003
   
3. 
   Акжалова А.Ж. Параллельные вычисления (учебное пособие). –Алматы, 2004
   
4. 
   Немнюгин С.А., Стесик О.Л. Параллельное программирование для высокопроизводительных многопроцессорных систем – СПб., 2002
   

1. N – дененің гравитациялық есебі

2. N – дененің гравитациялық есебінің тізбектелген коды
1. N – дененің гравитациялық есебі

N – дене есебі «денелер» арасындағы күштердің өзара әсерін анықтаудан тұрады (мысалы, тартылыс күштері кқмегімен өзара әсерлесетін астрономиялық денелер). N – дене есебі молекулярлық динамика мен сұйық динамикасын қоса, басқа облыстарда да пайда болады. Мұнда есептер астрономиялық жүйелер терминімен зерттеледі. N – денелердің гравитациялық есебі. Бұл берілген есептің мақсаты-Ньютон физикасы заңына бағынатын басқа денелердің гравитациялық күшінен тәуелді кеңістіктегі денелердің қозғалысы мен позициясын табу.

Массалары m a және m b болатын денелер арасындағы гравитациялық күш сәйкесінше келесі формуламен берілген:

мұндағы G – гравитациялық тұрақты, r-денелер арасындағы ара-қашықтық. Көріп отырғанымыздай, дене жұптары арасындағы күш пропорционал. 1/ r ²

Ньютонның екінші заңы бойынша

мұндағы m – дене массасы, F – оған әсер ететін күш, ал а- үдеу нәтижесі. Нақты сандық сипаттамасын беру үшін дифференциалдық теңдеуді қолданған жөн:

мұндағы v – жылдамдық.

Үшөлшемді кеңістік.

Дене үшөлшемді кеңістікте болғандықтан, барлық вектор- мәндер үш бағытта x,y және z есептелуі керек. (x,y,z) координаталы үшөлшемді кеңістікте (x_а, y_а, z_а ) және (x_b, y_b, z_b) болғандағы денелер арасындағы ара – қашықтық келесі формуламен берілген:

N- денелер гравитациясының барлық есептеулері келесі алгоритммен сипатталуы мүмкін

For (t=0; t

For (i=0; i

{

F= Force_routine(i);

}

For (i=0; i

{

X[i]=x[i];

V[i]=v[i];

}

Параллель коды

Алгоритмнің тізбектелген кодын параллельдеу үшін әрбір процессорге арналған денелер тобын қолдануы мүмкін. Алгоритм шамамен процессорлардың О(N² ) әрекетін алады.

Есептеу уақыты келесі бақылауды қолданғандықтан аяаюы мүмкін: N-дене кластері кластер массасының ортасында орналасқан толық массалы жеке қашықтықтағыдай жуықталуы мүмкін.

Берілген есептің кластерлерді пайдаланып қолданылуы куб денеден тұратын толық кеңістіктен басталады. Алдымен бұл куб сегіз ішкі кубтерге бөлінеді. Егер ішкі кубте ешқандай бөлшектер болмаса, онда бұл куб әрмен қарай қарастырылмайды. Егер кубта біреуден артық дене болса, ол әрбір куб ешқандай денеден тұрмайынша рекурсивті түрде бөліне береді. Бұл процесс октоағашты құрады, яғни ағаштың әрбір түйіннен сегіз қыры болады.

Жапырақ ұяшықты береді, оның әрқайсысында бір денеден болады. Екі өлшемді есеп үшін, әрбір рекурсивті бөлім төрт ішкі облыстан тұрады да, шаршыағаш құрады.

Жалпы ағаш салмақсыз болады. Барнс және Нат алгоритмінде, ағаш құрылып болғаннан кейін, толық масса және ішкі куб массасының центрі әрбір түйінде сақталады.

1. N – дене есебі неден тұрады?

2. N – дене есебінің тізбектелген кодын келтіріңіз

3. N – дене есебінің параллель алгоритмін келтіріңіз.

1. 
   Воеводин Вл. Параллельные вычисления. Санкт-Петербург, 2002
   
2. 
   Грегори Р. Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер. с. англ. –М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.
   

1. Кескіндерді өңдеудің төменгң деңгейі

2. Кескіндерді өңдеудің Фурье түрлендіруі
Кескіндерді өңдеудің төменгі деңгейі кескінді дұрыстау үшін және адам мен компьютер оны тануы үшін сақталған кескінге тікелей әсер етеді. Кескіндерді бұлай өңдеу көптеген облыстарда, соның ішінде, медициналық диагностикада, ішкі істердегі бармақ ізін тануда, өндірістік өнімдердегі ақауларды табу үшін және киноиндустрияда қолданылады. Басында кескін камераға түсіріліп, цифрлық түрде сақталынады. Сақталға кескін екіөлшемді пиксельдер массивінен тұрады. Кескін монохромды деп алып, сұр түсті пиксельдерге хабарлама жібереді. Кескін түсі әрқайсысы үш қарапайым түстің реңі болып табылатын үш мәнді (қызыл, жасыл, көк) қолданады. Біз сақталған кескін сол жақ жоғары бұрыштан басталтын қарапайым координаталар жүйесін қолданады деп болжаймыз. Кескін пиксельдері екі өлшемді массивте сақталады да, оның элементтерін p[i][j] деп белгілеп аламыз және әрбір пиксельдің интенсивтілігі берілген массивтен табылады. Өңдеудің төменгі деңгейі әрбір пиксельдің мәнін кескінді қандай да бір тәсілмен модификациялау үшін қолданылады. Көп жағдайда мұндай амалдар параллель орындалады. Кей кездері пиксельдер идентификацияланатын тік сызықтар немесе қисықтармен ассоцияцияланады. Идентификацияның ең тиімді тәсілі Hough түрлендіруін қолдану. Hough түрлендіруі пиксель координаталарын сызық теңдеуіне жақын тәуелділік теңдеуін анықтау үшін қолданылады.

Есептерге қойылатын талаптар.

Әректтің басында өңдеудің төменгі деңгейінде параллель өңдеуді қолданудың маңыздылығын айта кеткен жөн. Айталық, кескін 1024×1024пиксельден тұрады делік, мүндай пиксельдер картасымен және пиксельге 8 битпен сақтау өте қажет.

Ең критикалық фактор – есептеу жылдамдығы. Айталық, әрқайсысы тек бір рет қана өңделеді делік. Онда тек қаңқасының өзіне ғана 2¹⁰ операциялар қажет. Қазіргі кезде барлық компьютерлер мүндай әрекет жасай алмайды. Нақты уақыт режимінде қосымшалар үшін есептеу шамамен секундына 60-85 каркас болуы керек. Чиптерді сигналды өңдейтін арнайы аппараттық қамсыздандыру ойлап табылды. Бірақ мұндай жүйелер параллель компьютерлер сияқты икемді емес.

Теңдеуі

Берілген өңдеудің бір деңгейінде қандай да порогты пиксельдер мәні

сақталады, ал оден төмен басқалары 0 мәнін қабылдайды. Мысалыға, х мәнді пиксель берілсін, онда пиксельге орындалатын амал:

If (x< threshold) x=0; else x=1;

Берілген жағдайда сұр түстің мәндері деңгейінің диапазоны кескіннің кейбір детальдары көрнсін деп кеңейеді.Медицинада тіс пен сүйек тканінің көзге көрінбейтін детальдарын табу үшін рентген кескіндерін қолданады. Бұл жағдайда контраст кеңеймесін сұр түстің шкаласы бойынша жұмсақ тканнің өлшемін анықтау үшін қолданады.

Бұл жағдайда сұр түсті ұсынуда қолданылатын биттер саны сақтау көлемін азайту мақсатында азаяды. Мұндай әрекетті жүзеге асырудың ең қарапайым тәсілі аз биттер мәнін жуықтау.

Айталық бір процессор бір пиксельге тіркелген делік. Тура параллель орындалу әрбір процессорден бір уақытта орындалып жатқан әрбір процессорден 9 қадам орындауды талап етер еді. Мұнда барлық хабарлау тек оқу болғандықтан мәліметтер ену қарама – қайшылығы болмайды.

Нүкте мәндерін орталандырудың параллель нұсқасы төрт қадамнан тұрады:

Қадам 1. Әрбір процессор өзінің сол жағындағы пиксельдер санын алып, мәндерді өзі сақатап жатқан пиксельдер санына қосады.

Қадам 2. Әрбір процессор өзінің оң жағындағы пиксельдер мәнін алады да, жиналып жатқан сомаға қосады.

Қадам 3. Әрбір процессор төменнен жиналған мәндер жиынын екінші қадамдағыдан алып тастап, осы мәнді өзінің жиналған мәндеріне қосады. Ол сонымен қатар, келесі қадам үшін жиналған соманың ағымдағы мәнін сақтап қалу керек.

Қадам 4. Әрбір процессор үстінен жиналған мәндер жиынын екінші қадамдағыдан алып тастап, осы мәнді өзінің жиналған мәндеріне қосады. Және, ақырында, әрбір процессор жиналған мәндерін ортақ мәнді табу үшін 9-ға бөледі. Сонда әәрбір процессорда төрт қосу байланысы және бір бөлу болады.

2.Кескіндерді өңдеудің Фурье түрлендіруі.

Кескіндерді өңдеу есебінің кең көлемі әртүрлі облыстарда жасалынды. Дискретті Фурье түрлендіруінің бір қолданылуы тегістеуде де үшкір шеттерді табуда да қолданылатын фильтрлеу. Фильтрлеу төмендегі екі функцияны салыстырып есептеу көмегімен жүзеге асырылады:

мұндағы F(j,k) – бұл f(j,k) Фурье функциясының түрлендірілуі, ал G(j,k) –(g(j,k ) Фурье функциясының түрлендірілуі. (j,k – х пикселінің координаталары).

Фурьенің дискретті түрлендірілу функциясы:

Х_к =1/N∑х_j e^-2π(jk/n)

мұндағы х_i N пиксельдер мәні, i- комплестік сан.

және Фурьенің кері түрлендіруі

х_к =1/N∑Х_j e^-2π(jk/n).

Практикада көбіне формуланы 1/N көпмүшесіз қолданады.

Сондықтан, әрі қарай біз бұл көпмшені түсіріп тастаймыз.

деп белгілейік.

Сонда формула мына түрде болады:

Х_к =∑х_j w^jk)

болады.

For (k=0; k

{ X[k]=0

For (j+0; j

X[k]=X[k]+a*X[j];

a=a*pow(w,k);

}
Бақылау сұрақтары

1. 
   Фурье әдісі не үшін қолданылады?
   
2. 
   Фурьенің дискреттң түрлендіру әдісі қандай?
   
3. 
   Параллель орындалу неше қадамнан тұрады? Атаңыз.
   

1. 
   Воеводин Вл. Параллельные вычисления. Санкт-Петербург, 2002
   
2. 
   Грегори Р. Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер. с. англ. –М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.
   

№1-4 Зерханалық жұмыс

Параллель компьютер дегеніміз – есепті сандық түрде шешіп, үйлесімді шешуге қабілетті процессорлардың жиынтығы.

Параллельді программа – бұл әр процесс өзінің меншікті процессорныда жүріп қана қоймай, параллель орындалатын программа.

Параллельді компьютерлер мен параллельді есептеулер қолданылатын облыстарға тоқталсақ:

• 
  күрделі жүйені сандық модельдеуде: ауа-райын болжау, гендік инженерия, интегралдық схеманы жобалау, жаңалықтар, кезекті космосқа ұшырылу туралы жедел хабар, т.б.
  
• 
  бизнесте, коммерциялық салада: видеоконференциялар, параллель мәліметтер қоры, банктік транзакция, т.б.
  
• 
  техникада: медицина саласында, автоматты түрде диагноз қою, жер сілкінуді болжау, айналадағы ортаның ластануын анализдеу, дәрі-дәрмек препараттарын жасау, т.б.
  
• 
  білім беру саласында: кеңейтілген графика және виртуальды әлем, әсіресе, компьютерлік ойындар құрастыру.
  

1. 
   Салыстыру-және-алмастыру әдісімен сұрыптау.
   

temp=A; A=B; B=temp;

2. Көпіршіктер әдісімен сұрыпау

(a₁, a₂, ...,a_n) сандарының тізбегі берілсін. Сандарды өсу ретімен орналастыру керек, яғни i>j үшін a_ij

begin

for j:=1 to i do

compare-exchange(aj,aj+1);

end BUBBLE-SORT

Бұл алгоритмде n элемент n фазада сұрыпталады. Бұл алгоритмнің жұп және тақ фазалары кезектестіріледі. (a₁, a₂, ...,a_n) – тізбегін сұрыптау керек болсын. Тақ фаза кезінде тақ индексті элементтер оң жақтағы көрші элементпен салыстырылып, егер шарт орындалса, олар орындарын алмастырады, яғни (a₁, а₂), (a₃, a₄), ..., (a_n-1,a_n) жұптары салыстырылып алмастырылады. Сол сияқты жұп фаза кезінде, жұп индексті элементтер салыстырлып, егер шарт орындалса, олар орындарын алмастырады, яғни (а₂, a₃), (a₄, a₅), ..., (a_n-2,a_n-1) жұптары салыстырылып алмастырылады. Сонда тақ-жұп ауыстыру n фазасынан кейін тізбек сұрыпталады. Әрбір алгоритмнің фазасында Q(n) салыстыру жасалса, барлығы n фаза болса, бұл алгоримтнің

procedure ODD-EVEN(n)

begin

for i:=1 to n do

if i is odd then

for j:=0 to n/2-1 do

compare-exchange(a_2j+1,_a2j+2)

if i is even then

for j:=1 to n/2-1 do

compare-exchange(a_2j,a_2j+1)

end for

1. 
   Параллельді компьютерлердің және параллельді есептеулер қолданылатын облыстарды талдап, жазыңдар.
   
2. 
   Программалар деңгейінің параллельділігіне мысал ретінде екі массив элементтерінің қосындысын тап.
   
3. 
   Куб көлемі - 100х100х100 нүктелерден тұрады.Әрбір нүктеде орындалатын функциялар – жылдамдық, қысым, температура, компоненттің концентрациясы (су, газ, мұнай, т.б. ). Барлығы 5-20 функция (орташа-10). Бұл функциялар сызықты емес. Сондықтан оларды есептеу үшін 200-1000 операция орындалу керек (орташа -500). Жүріп жатқан процестер стандартты емес, сондықтан қадамдар саны 100-1000 (орташа-500). Сонда куб ішінде орындалатын арифметикалық операциялар санын есептеп тап.
   

5.Тақ-жұп сұрыптаудың салыстыру-және-алмастыру тәсілін пайдаланып, төмендегі 16 санды сұрыптаңдар: 12 2 11 4 9 1 10 15 5 7 14 3 8 13 6 16.

6.Тақ-жұп сұрыптауды орындауға кететін уақыттың O(log²n)-ге тең екенін дәлелдеңдер.

Зертханалық жұмыстың орындалуы туралы есебінің формасы:

1. 
   Берілген есептердің қойылымын талдап, түсіндіру.
   
2. 
   Берілген есептерді шешу алгоритмін түсіндіру.
   
3. 
   Орындалған жұмыс жөнінде есеп беру.
   

1. 
   Параллелді компьютер түсінігі. Параллель компьтерлерді қолдану облыстары және олардың даму бағыттары.
   
2. 
   Параллельділік. Мәліметтер параллельдігі.
   
3. 
   Параллельділік. Тапсырма деңгейінің паралельділігі.
   
4. 
   Параллельділік. Программа деңгейінің параллельділігі.
   
5. 
   Параллельділік. Командалар деңгейінің параллельділігі.
   
6. 
   Параллелді компьютерлер типтері. Көппроцессорлы жүйе.
   
7. 
   Параллельді компьютерлер типтері. Үлестірімді жадылы мультикомпьютерлер.
   
8. 
   Параллельді программалық жабдықтау үшін қандай талаптар орындалу керек?
   

Параллельді программа – бұл әр процесс өзінің меншікті процессорында жүріп қана қоймай, параллель орындалатын программа.

1. 
   А. Ж. Акжалова. Параллельные вычисления. Учебное пособие. – Алматы: Издательство ТОО «Print S»,- 2004
   
2. 
   Грегори Р. Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер. с англ.-М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.
   
3. 
   Воеводин Вл. Параллельная обработка данных. Санкт-Петербург, 2002.
   
4. 
   Немнюгин С.А., Стесик О.Л. Параллельное программирование для высокопроизводительных многопроцессорных систем. Санкт-Петербург, 2002.
   

№5-8 лабораториялық жұмыс

«Өндіруші - тұтынушы» типті синхронизация. Блоктау және кедергілер. Критикалық секция есебі.

1. 
   Сандар жиынының ең кіші kth номерін табу үшін параллель программа жазу. Тез сұрыптаудың параллель нұсқасын қолданыңыз, тек kth кіші номерден тұратын сандар жиынына хабарлаңыз.
   
2. 
   Критикалық секция есебін талдаңыз.
   

1. 
   «Өндіруші - тұтынушы» типті синхронизация есебін талдау.
   
2. 
   Программасын С ++ тілінде жазу
   
3. 
   Орындалған жқмыс жөнінде есеп беру.
   

1. 
   Синхронизация дегеніміз не?
   
2. 
   Семафорлар дегеніміз не?
   
3. 
   Мониторлар қай кезде қолданылады.
   
4. 
   Блоктар мен кедергі дегеніміз не?
   

Екі процес берілсін: Produser (өндіруші) және Consumer(тұтынушы). Produser процессі а[n] бүтін сандардың локальді массивінен тұрсын. Consumer – b[n] болсын. а массиві иннициялизацияланған болсын.

buf айнымалысы – өзара әсер ету буфері болып табылатын жеке бөлінетін бүтін айнымалылар.

Produser (өндіруші) және Consumer(тұтынушы)процесстері buf айнымалысына кезекпен кезек ене алады. Produser а массивінің бірінші элементін buf –ке салып, сонан соң Consumer оны алады, сонан соң Produser buf буферіне а массивінің келесі элементін салады, және т.с.с. р және с бөлінетін айнымалылыар айнымалылар санының санағышы болсын. Олардың бастапқы мәні =0. Сонда Produser (өндіруші) және Consumer(тұтынушы) процесстерінің синхронизацилану шарты төменгі түрде жазылады:

РС: c<=p<=c+1

с және р айнымалыларының мәні 1 ден артық мәнге айырмашылығы болмайды. Осы екі процесстің коды төменде берілген:

int buf, p=0, c=0; process Procedur

{

Int a[n]; While (p

{ buf =a[p];

p=p+1;

}

Process Consumer

Int b[n]; While (c

{ c); > b[c]=buf; c=c+1;

}

}

1. 
   А. Ж. Акжалова. Параллельные вычисления. Учебное пособие. – Алматы: Издательство ТОО «Print S»,- 2004
   
2. 
   Грегори Р. Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер. с англ.-М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.
   
3. 
   Воеводин Вл. Параллельная обработка данных. Санкт-Петербург, 2002.
   
4. 
   Немнюгин С.А., Стесик О.Л. Параллельное программирование для высокопроизводительных многопроцессорных систем. Санкт-Петербург, 2002.
   

№9,10 Зертханалық жұмыс.

1. 
   Linux операциялық жүйесінің ерекшеліктері талдау
   
2. 
   Ағындар. Ағындар түрлерін қарастыру
   

1. 
   Linux операциялық жүйесіндегі ағындар туралы конспекті жазып, түсіндіру.
   
2. 
   Орындалған жұмыс жөнінде есеп беру.
   

Ағындарды құру үшін pthread кітапханасы қолданылып, pthread_create функциясы шақырылады, осы кітапханада синхронизациялау үшін арнайы объектілер мен текстер сипатталған.

#include #include #include

// semafore #include

#include #include #include

/*

• 
  В моей системе данное объединение не объявлено в подключенных файлах -
  
• 
  если компилятор напишет что оно ранее объявлено - просто сотрите :)
  

union semun {

int val; /* Value for SETVAL */

struct semid_ds *buf; /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */

unsigned short *array; /* Array for GETALL, SETALL */

struct seminfo *__buf; /* Buffer for IPC_INFO

(Linux specific) */

};

class sem

private:

key_t key; // ключ по которому получаем идентификатор

int res_count; // количество ресурсов у семафора

public:

• 
  кол-во ресурсов
  
• 
  некое случайное число
  
• 
  путь в системе - обязательно должен существовать !
  

sem(int max_res, int id, const char* identify); /*

• 
  деструктор - тут удаляем семафор, иначе он останется до
  
• 
  следующей перезагрузки системы или пока его кто-то явно не удалит
  

~sem();

* обертки для занятия/освобождения ресурсов

*/

bool lock(int res); bool unlock(int res);

typedef sem* psem;

Cледующий файл:

/*sem.cpp*/ #include "sem.h"

sem::sem(int max_res, int id, const char* identify)

{

sid = -1; res_count = 0; /*

*/

if ((key = ftok(identify,id)) == -1)

return;

/*

• 
  0666 - rw для всех, чтобы потом можно было обратиться к семафору
  
• 
  от любого пользователя системы, в общем то личное дело каждого
  
• 
  сначала пытаемся открыть имеющийся семафор с таким ключом - и
  
• 
  удалить его, старый нам ни к чему
  

if ((sid = semget(key, 0, 0666)) != -1)

{

if (semctl(sid, 0, IPC_RMID, 0) == -1)

sid = 0;

}

if (sid != 0) // проверяем что семафор был найден и удален или не существовал

/*

• 
  создаем с флагом IPC_EXCL - означает что в случае если семафор уже
  
• 
  имеется - вызов будет провален c значением EEXIST,
  
• 
  без возврата значения отрытого уже существующего семафора
  

if ((sid = semget( key, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666 )) != -1)

//

{

union semun semopts; semopts.val = max_res;

}

} else sid = -1;

sem::~sem()

{

if (sid != -1)

semctl(sid, 0, IPC_RMID, 0);

}

}

bool sem::lock(int res)

/*

• 
  отсекаем неверные запросы сразу, не используя обращения к структурам семафора
  

if ((res > res_count) || (sid == -1))

{

return false;

/*

• 
  параметры в структуре
  
• 
  0 - номер семафора
  
• 
  количество ресурсов - если захватываем, должно быть отрицательным
  
• 
  0 - ждать если на данный момент нет достаточного
  
• 
  количества ресурсов или IPC_NOWAIT - возвращать ошибку
  

struct sembuf sem_lock={0,(-1)*res,0}; /*

• 
  параметры запроса
  
• 
  - идентификатор семафора
  

• 
  - сколько раз выполнить операцию
  

if ((semop(sid, &sem_lock, 1)) == -1)

{

return false;

return true;

}

bool sem::unlock(int res)

/*

* аналогично функции lock */

{

return false;

struct sembuf sem_unlock= { 0, res, IPC_NOWAIT}; if ((semop(sid, &sem_unlock, 1)) == -1)

{

return false;

return true;

}
Бақылау сұрақтары.

1. 
   Linux операциялық жүйесі мен Windows операциялық жүйесінің айырмашылығы
   
2. 
   Неліктен ағындарды Linux операциялық жүйесінде құрады.
   

1. 
   А. Ж. Акжалова. Параллельные вычисления. Учебное пособие. – Алматы: Издательство ТОО «Print S»,- 2004
   
2. 
   Грегори Р. Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер. с англ.-М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.
   
3. 
   Воеводин Вл. Параллельная обработка данных. Санкт-Петербург, 2002.
   
4. 
   Немнюгин С.А., Стесик О.Л. Параллельное программирование для высокопроизводительных многопроцессорных систем. Санкт-Петербург, 2002.
   

№11-12 Зертханалық жұмыс Хабарламаларды беруді программалау

1. MPI_Send және MPI_Recv процедураларын қарастырайық:

int dest, int tag, MPI_Comm_comm)

Мұндағы: buf - буфер адресінің басы;

count – міндетті түрде жіберілетін элементтер саны;

dataType – әрбір элементтің типі, мысалы: MPI_INT, MPI_DOUBLE, MPI_CHAR, және т.с.с.;

dest - адресат рангісі (процесс идентификаторы); tag – хабарлама тэгі;

comm - коммуникатор.

int MPI_Recv (void* buf, int count, MPI_Datatype dataType, int source, int tag, MPI_Comm comm, MPI_Status* status)

Мұндағы: status – кері қайту жағдайын қайтарады,

source – MPI_Send процедурасындағыдай берілу идентификаторы.

MPI программасында белгілі бір ережелерді қатаң сақтау керек, онсыз жұмыс жүруі мүмкін емес. Алдымен, программының басталуында, оның тақырыбынан кейін сәйкес тақырыптық файлды іске қосу керек. С тіліндегі программада бұл - mpi.h. Программада MPI кітапханалық процедурасының алғашқы шақырылымы MPI_Init инициализациясының ішкі программасын шақыру болып табылады. С тілінде инициализация функциясының параметрі негізгі программа қосылған жағдайда оның аргументінің адресін алады: MPI_Init(&argc, &argv);

2. MPI кітапханасының көмегімен екі процесс арасындағы мәндермен алмасу программасын қарастырайық:

#include #include

Main(int argc, char *argv[]) {int myid, otherid, size;

Int length=1, tag=1;

Int myvalue, othervalue; MPI_Status status;

MPI_Init(&argc, &argv);

MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);

MPI_Comm_rank (MPI_COMM_WORLD, &myid);

if (myid==0) (otherid=1; myvalue=14;}

else

MPI_Send(&myvalue, length, MPI_INT, otherid, tag, MPI COMM_WORLD, &status);

MPI_Recv(&othervalue, length, MPI_INT, MPI_ANY_SOURCE, tag, MPI COMM_WORLD, &status);

printf("npoцecc номер %d алынды %d\n", myid, othervalue);

MPl_Finalize();}

3. 
   Әр біреуі стандартты құрылғыға процесс номерін және іске қосылған процесстердің саны туралы хабарлама шығаратын бірнеше поцессті іске қосатын қарапайым программаны келтірейік:
   

#include #include

int main(int argc,char *argv[])

{

int myid, numprocs;

MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &numprocs);

MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &myid);

printf(stdout,"Process %d of %d\n", myid, numprocs)

MPI_Finalize();

return 0;

}

4. 
   Келесі программа жұп және тақ рангілі процесстер арасындағы хабарламалар алмасуға мысал болады, size мәні жұп болсын делік:
   

#include

int main(int argc,char *argv[])

{

int myrank, size, message; int TAG = 0;

MPI_Status status; MPI_ Init(&argc, &argv);

MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &myrank);

MPl_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &size);

message=myrank;

if((myrank%2)-0)

{

If((myrank+1)1-size)

MPI

{

if((myrank+ 1)1- size)

MPI_Send(&message, 1, MPI_INT, myrank+1, TAG,MPI_COMM_WORLD);

else {if (myrank !- 0)

{ MPI__Recv(&message, 1, MPI_INT, myrank-1, TAG, MPI_COMM_WORLD, &status);

printf("I am %i received :%i \n", rank, message);

return 0;

}
Өз бетімен орындауға арналған тапсырмалардың нұсқалары:

1. 
   MPI программасын қондыру және күйін келтіру.
   
2. 
   Процессорлардың жалпы санын анықтау (MPI_Comm_Size).
   
3. 
   Процесстердің жеке номерін анықтау (MPI_Comm_Rank).
   
4. 
   “Нүкте-Нүкте” типті блокталынған коммуникациялық функция көмегімен мәліметті жіберуді ұйымдастыру (MPI_Send, MPI_Recv).
   
5. 
   Бір мезгілде мәліметті жіберуді ұйымдастыру (MPI_Sendrecv)
   

Зертханалық жұмыстың орындалуы туралы есебінің формасы:

1. 
   Берілген есептердің қойылымын талдау, қолданылатын процедураны түсіндіру.
   
2. 
   Берілген есептерді шешудің параллельді алгоритмін түсіндіру.
   
3. 
   Орындалған жұмыстың программасын ЭЕМ –де көрсетіп, есебін рәсімдеп, тапсыру.
   

Бақылау сұрақтары.

1. 
   Хабарламаларды беруді программалауды түсіндір.
   
2. 
   MPI (Message Passing Interface ) программалау құралы не үшін қажет?
   
3. 
   MPI функционалдық сұраныстарын ата.
   
4. 
   MPI_Send процедурасын түсіндір.
   
5. 
   MPI_Recv процедурасын түсіндір.
   

Глоссарий.

MPI(Message Passing Interface ) – хабарламаларды беру интерфейсі.

MPI_Send – хабарламаның блокталынып берілуі. MPI_Recv – хабарламаның блокталынып алынуы. MPI_Comm_size - процесстер санын анықтайды. MPI_Comm_rank – процесстер рангісін анықтайды.
Әдебиеттер

1. 
   А. Ж. Акжалова. Параллельные вычисления. Учебное пособие. – Алматы: Издательство ТОО «Print S»,- 2004
   
2. 
   Грегори Р. Эндрюс. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. Пер. с англ.-М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.
   
3. 
   Воеводин Вл. Параллельная обработка данных. Санкт-Петербург, 2002.
   
4. 
   Немнюгин С.А., Стесик О.Л. Параллельное программирование для высокопроизводительных многопроцессорных систем. Санкт-Петербург, 2002.
   

№ 13-15 Зертханалық жұмыс.

PVM-де жұмыс. Ағындарды құру және PVM-де мәліметтерді параллель өңдеу

Жұмыстың мақсаты: PVM - параллельді виртуальді машинасының жұмыс жасау принципімен танысу, хабарламаларды беру және процессті синхронизациялауға арналған кітапханалармен жұмыс жасау.

Материалдар және жабдықтар: ДК, параллельді есептеулер программалау ортасы, PVM кітапханасы.

Жұмыстың мазмұны және орындалу тәртібі:

1. PVM жүйесін қондыру (1-әдіс).

Linux ОЖ-мен жұмыс жасайтын компьютерге PVM жүйесін қондыру үшін бума құру керек, мысалы /pvm3 бумасы құрылсын. Осы бумада tar zxvf pvm3.3.4.tgz архивтелген файлын ашу керек. PVM қосылу үшін $PVM_ROOT айнымалысына буманың жолын көрсету керек. Командалық қабықша ретінде csh қолданылса, .cshrc файлына келесі командалық жолды қосу керек:

setenv PVM_ROOT=/pvm3

Егер командалық қабықша ретінде sh немесе ksh қолданылса, онда .profile файлына келесі командалық жолды қосу керек:

export PVM_ROOT=/pvm3

2-әдіс. pvm_spawn() функциясы үшін орындалатын файл қатаң түрде бумада сақталынады. Linux ОЖ-де мына каталогтар пайдаланылады:

$PVM_ROOT/bin/$PVM ARCH/ және $HOME/pvm3/bin/$PVM_ARCH,

PVM_ROOT/ usr/local/pvm/current

PVM-де орындалу үшін aimk қолданылады, сонда master және slave компиляцияланады және байланысады.

PVM-ді іске қосу үшін pvmd.exe –даемонды пайдалану керек. Жаңа компьютерлер қосу керек: addhost <хост аты>. Тапсырманы орындау үшін spawn->

жүктеу/скачать 1.29 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: