Presentación - Lenguajes Paralelos

Definición
Ventajas y Desventajas
Análisis de Dependencia
Caso de Estudio 1: Chapel
Caso de Estudio 2: X10
Otros lenguajes paralelos
Lenguajes Paralelos
Nestor A. Rojas E.
Facultad Experimental de Ciencias y Tecnolog´ıa
Universidad de Carabobo
8 de julio de 2013
Nestor A. Rojas E. Lenguajes Paralelos

Definición
Contenido I
1 Definición
Concepto
Pequeña historia
2 Ventajas y Desventajas
Ventajas
Desventajas
3 Análisis de Dependencia
Condiciones de Bernstein
4 Caso de Estudio 1: Chapel
Chapel
Revisando Chapel
Tipos de Datos
Estructuras de control

Deﬁnici´on
Contenido II
Estructuras de control paralelas
Algunos Ejemplos
5 Caso de Estudio 2: X10
X10
Revisando X10
Tipos de Datos y Clases
Lugares y actividades
Relojes
Arreglos distribuidos
Un Ejemplo
6 Otros lenguajes paralelos

Definición
Concepto
Pequeña historia
Lenguajes Paralelos
Son aquellos lenguajes de programación especialmente diseñados
para la programación en paralelo, generalmente trabajan con
memoria compartida. Proveen estructuras de control, sentencias
entre otros que facilitan al programador trabajar con tareas
independientes y variables de memoria compartida; abstraen casi
totalmente (en su mayor´ıa) al programador de los detalles de la
arquitectura del computador en donde trabaja.

Definición
Concepto
Pequeña historia
Pequeña historia
Muchos lenguajes paralelos han prosperado a lo largo del tiempo
en diferentes etapas de la historia de la programación, pero
ninguno de ellos ha sido universalmente aceptado. El primero de
ellos fue Concurrent Pascal, diseñado por Brinch Hansen en 1975
como una extensión del lenguaje Pascal, también daba soporte al
paradigma concurrente.
En estos años la mayor´ıa de los lenguajes diseñados eran
extensiones de lenguajes secuenciales ya existentes. High
Performance Fortran ha sido uno de los pocos lenguajes que ha
prevalecido en el tiempo, del que se ha originado nuevos lenguajes
con este concepto y que se ha mantenido estable en el tiempo.

Definición
Ventajas
Desventajas
Ventajas
1 Facilitan la creación de multiples tareas para a su vez éstas
sean ejecutadas de manera independiente en cada procesador.
2 No requieres de paso de mensajes pues en su mayor´ıa trabajan
con memoria compartida, esto es que cada tarea puede
acceder a las variables del programa pues todas ellas (las
tareas) comparten el mismo espacio de memoria.

Definición
Ventajas
Desventajas
Ventajas
1 Facilitan la creación de multiples tareas para a su vez éstas
sean ejecutadas de manera independiente en cada procesador.
2 No requieres de paso de mensajes pues en su mayor´ıa trabajan
con memoria compartida, esto es que cada tarea puede
acceder a las variables del programa pues todas ellas (las
tareas) comparten el mismo espacio de memoria.
3 Muchas de las operaciónes con procesos y subprocesos las
maneja internamente el compilador.

Definición
Ventajas
Desventajas
Desventajas
1 Requiere por parte del programador el aprendizaje de un
nuevo paradigma, reglas adiciónales para programar, lo cual
en muchos casos los mismos oponen resistencia al cambio.
2 No existe un gran apoyo para popularizar estos lenguajes, esto
causa la discontinuidad del soporte para los mismos; son
mayormente utilizados en plataformas de super computación,
esto se debe que hasta no hace mucho la mayor´ıa de los
ordenadores personales pose´ıan un solo núcleo en la CPU.

Definición
Ventajas
Desventajas
Desventajas
1 Requiere por parte del programador el aprendizaje de un
nuevo paradigma, reglas adiciónales para programar, lo cual
en muchos casos los mismos oponen resistencia al cambio.
2 No existe un gran apoyo para popularizar estos lenguajes, esto
causa la discontinuidad del soporte para los mismos; son
mayormente utilizados en plataformas de super computación,
esto se debe que hasta no hace mucho la mayor´ıa de los
ordenadores personales pose´ıan un solo núcleo en la CPU.
3 Como aplican una capa extra para lo que significa operaciones
con procesos, acceso a memoria compartida entre otras cosas
hace que en ocasiones no siempre el tiempo de ejecución sea
el esperado (Tp ∼= Ts/n).

Definición
Cuando trabajamos con un lenguaje paralelo se espera que el
compilador sea capaz de identificar problemas que evitan la
ejecución concurrente.
Los procesos no pueden ejecutarse juntos si entre ellos existen
alguna dependencia que requiera el estricto orden de ejecución
secuencial.
Para ello el programador debe ser capaz de identificar las
dependencias que hay entre las instrucciónes en los bloques de las
estructuras de control (veáse forall), para garantizar que los
procesos que genera el compilador sean paralelos.

Deﬁnici´on
Tenemos dos conjuntos de posiciones de memoria:
E(las entradas) y S(las salidas).
Y tenemos a los procesos Pi .
Ei : Conjunto de posiciones de memoria le´ıdas por Pi .
Sj : Conjunto de posiciones de memoria le´ıdas por Pj .
Las condiciones son:
1 E1 ∩ S2 = φ.
2 E2 ∩ S1 = φ.
3 S1 ∩ S2 = φ.

Definición
Chapel
Revisando Chapel
Algunos Ejemplos
Chapel
-
Lenguaje de programación paralela desarrollado en 2010 como
parte del proyecto Cray Cascade de Cray Company en Seattle
Washington, diseñado por David Callahan y su equipo de
desarrollo. Influenciado por High Performance Fortran y ZPL.

Definición
Chapel
Revisando Chapel
Algunos Ejemplos
Revisando Chapel
Tipos de Datos
Chapel ofrece soporte a muchos tipos de datos, pero mostraremos
los mas importantes:
Tipo de Dato Dominio Declaración
Booleano true o false var b: bool;
Entero Int en 64 bits var n: int;
Real Double en C o Java var n: real;
Cadena Tabla ASCII var s: string;
Arreglos El máximo a almacenar var A: [l1..l2] (datatype);

Definición
Chapel
Revisando Chapel
Algunos Ejemplos
Revisando Chapel
Estructuras de control
Chapel ofrece soporte a las estructuras de control tradiciónales,
como if-else, selection (switch en lenguaje C), for-loop, while-loop,
do while-loop, etc. Que con solo revisar el manual son fáciles de
identificar y utilizar.
Pero Chapel también ofrece soporte a estructuras de control con
paralelismo impl´ıcito.

Definición
Chapel
Revisando Chapel
Algunos Ejemplos
Revisando Chapel
Forall-loop:
Similar al for secuencial, cuando el bucle inicia primero se crean
tantos hilos como núcleos de procesamiento existan para que cada
uno de ellos ejecute un trozo de la tarea. Cada hilo tiene total
acceso a modificar las variables que en el bucle existan, por tanto
si queremos que estas se modifique una vez por iteración
necesitamos una variable de sincronización.
-

Definición
Chapel
Revisando Chapel
Algunos Ejemplos
Revisando Chapel
Coforall-loop:
Similar al forall solo que este creará un hilo de ejecución por cada
entrada en el bucle, en caso de que el programador decida hacer
mas hilos que nucleos los hilos se someteran a la planificación de
procesos del sistema operativo.
-

Definición
Chapel
Revisando Chapel
Algunos Ejemplos
Revisando Chapel
Begin:
Cada vez que llamas a begin este crea un hilo de ejecución para las
instrucciónes que vienen a continuación de él. El orden de
ejecución puede variar.
-

Definición
Chapel
Revisando Chapel
Algunos Ejemplos
Revisando Chapel
Cobegin:
Similar al begin solo que lo que este dentro de la sentencia se tiene
que ejecutar primero antes de lo que venga a continuación en el
código.
-

Definición
Chapel
Revisando Chapel
Algunos Ejemplos
Revisando Chapel
Variables de Sinconización:
Son variables que bloquean al proceso que las llama hasta que su
valor le es asignado a otra variable del mismo tipo; ellas tienes dos
estados: vac´ıas o llenas, cuando están llenas estas bloquean a los
otros procesos que las utilizan, llegan a estar vac´ıas cuando su
valor le es asignado a otra variable de sincronización.

Definición
Chapel
Revisando Chapel
Algunos Ejemplos
Revisando Chapel
Reduce:
Esta operación es similar a MPI Reduce, se compone de una
operación elemental, reduce y de un rango, esta rango puede ser
un arreglo o una serie de operaciónes sobre los elementos de ese
arreglo. Cuando es llamada espera a todos los hilos que tengan
parte de los valores de ese rango para as´ı aplicar la operación
generalizada sobre esos valores.
-

Deﬁnici´on
Chapel
Revisando Chapel
Algunos Ejemplos
Algunos Ejemplos
1 http:
//www.dropbox.com/s/1uyy93qa84g466p/primos.chpl
2 http://www.dropbox.com/s/eruglknlvn4h9d2/calculo_
pi.chpl
3 http://www.dropbox.com/s/cetdo6ifbqud5ul/
multiplicacion_matrices.chpl
4 http://www.dropbox.com/s/3k312fuiix324rb/
multiplicacion_matrices2.chpl

Definición
X10
Revisando X10
Un Ejemplo
X10
-
Lenguaje de programación paralela y orientado a objetos
desarrollado en 2004 por IBM en el centro de investigación
Thomas J. Watson, diseñado por Kemal Ebcio˘glu y su equipo de
desarrollo, influenciado principalmente por Java.

Definición
X10
Revisando X10
Un Ejemplo
Revisando X10
Tipos de Datos y Clases
X10 da soporte a todos los tipos básicos de Java, tales como
arreglos, enteros, reales, etc. E introduce el concepto de
orientación a objetos y jerarqu´ıa de librer´ıas.
Cada vez que escribamos un programa en X10 tenemos que
comenzar definiendo la clase tal y como hacemos en Java, y
definiendo lo que queremos hacer en el public void main[](...).

Definición
X10
Revisando X10
Un Ejemplo
Revisando X10
Lugares y actividades
Un lugar es un repositorio donde interactúan n hilos con un trozo
de memoria compartida del todo en dicho lugar.
Y una actividad es una sentencia que esta siendo ejecutada,
independientemente, con sus propias variables locales, pudiera ser
pensada como un hilo ligero.
En un lugar pueden haber muchas actividades, y en muchos lugares
pueden haber actividades repetidas haciendo lo mismo con otros
datos.

Definición
X10
Revisando X10
Un Ejemplo
Revisando X10
Relojes
Muchos algoritmos paralelos avanzan en fases, pero cada fase
posee muchas actividades en acción, por tanto para garantizar que
dichas actividades se ejecuten en una fase sin que en la fase
siguiente aun no se haya ejecutado todas las actividades de la fase
anterior se utilizan los relojes, los cuales son una clase ya definida
por X10, con sus primitivas y métodos propios que avisan cuando
todas las actividades terminan su ejecución para proceder a la
siguiente fase.

Definición
X10
Revisando X10
Un Ejemplo
Revisando X10
Arreglos distribuidos
X10 provee la clase DistArray, los cuales son arreglos que
automáticamente son distribuidos a trozos por la clase Dist a
muchos lugares; estos trozos de los DistArrays se les llaman
regiones.

Deﬁnici´on
X10
Revisando X10
Un Ejemplo
Un Ejemplo
http://x10-lang.org/documentation/code-examples/
small-examples.html?id=103

Deﬁnici´on
High Performance Fortran.
Cilk.
ZPL.
Parlog.
NESL.
Linda.
C*.

Definición
SALSA.
Unified Parallel C.
Fortress.
Coarray Fortran (F–).
ParaSail.
Charm++.
Id.
SequenceL.
Ease.
FortranM.

Definición
Bibliograf´ıa
Barry Wilkinson and Michael Allen. (1999). Parallel
Programming, Techniques and Applications using Networked
Workstations and Parallel Computers (2nd Edition). New
Jersey: c Prentice Hall.
Chapel: Overview. http://chapel.cray.com/
Chapel Tutorial.
http://faculty.knox.edu/dbunde/teaching/chapel/
X10. http://x10-lang.org/
X10 Language Specification. http://x10.sourceforge.
net/documentation/languagespec/x10-latest.pdf

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