Вопрос 41. Преобразование последовательных программ в последовательно-параллельные

Задача распараллеливания. В любом полном рассмотрении вопросов параллельного программирования должны быть представлены способы получения параллельной программы из обычной алгоритмической записи, которая несет з себе след чисто последовательной

логики рассуждений, так как особые вычисления, проводимые вручную и автоматически,

выполнялись последовательно. Однако оказывается, что любой реальный процесс при детальном его рассмотрении выполняется параллельно.

Как правило, основное время выполнения программ на обычных языках связано с реализацией циклов. Поэтому важной, задачей является распараллеливание циклов.

Рождается актуарная проблема - преобразование последовательных программ в последовательно-параллельные. Но так как эта работа необычайно трудоемка, ее следует автоматизировать. Решение указанной проблемы позволяет, во-первых, высвободить большие трудовые ресурсы, во-вторых, использовать накопленный за долгие годы развития ЭВМ информационно-программный багаж без ручного перепрограммирования и, в-третьих, осуществить переход на многопроцессорные системы с меньшими затратами труда и времени.

Распараллеливание программ можно осуществлять как на уровне отдельных задач, так и на уровне отдельных процедур, операторов, операций и микроопераций. Целесообразность преобразования на указанных уровнях должна решаться в каждом отдельном случае в зависимости от структуры ВС, типа программы и цели, которая славится при ее решении.

Рассмотрим общую схему преобразования последовательных программ в последовательно-параллельные. Организовать параллельные вычисления можно с помощью некоторой формальной процедуры, выполняемой автоматически над каждой программой, состоящей из последовательности операторов обычного ЯП. Выявление параллелизма заключается в разбиении всех операторов программ на два класса: тех, которые могут выполняться параллельно, и тех, которые должны быть завершены прежде, чем следующие последовательности операторов начнут выполняться.

Такой подход к распараллеливанию основывается на представлении программы в виде ориентированного графа G, множество вершин которого V = {v1, v2,..., vn} соответствует либо отдельным операторам программы, либо совокупности этих операторов (типа подпрограмм в языке ФОРТРАН либо процедур в языке АЛГОЛ или ПАСКАЛЬ). Множество направленных дуг U = {u1, u2, .., um} соответствует возможным переходам между операторами программы.

Построим схему алгоритма распараллеливания программ, используя некоторые сведения из теории графов.

Схема алгоритма

1)Представление исходной программы в виде графа

2)Сведение циклического графа к ациклическому.

3)Наложение информационных связей, заданных между операторами программы, на связи возможных переходов.

4) Распределение вершин графа по уравнениям готовности.

5) Формирование ветвей решения.

В результате указанных действий каждый уровень разбивается на несколько подуровней и производится их согласование. Операторы исходной программы, окончательно распределенные по уровням готовности, объединяются в ветви решения, что и является окончательным результатом рассматриваемой процедуры распараллеливания.