Статически-детерминированный метод прогнозирования динамических характеристик параллельных программ

Abstract

В статье рассматривается задача прогнозирования характеристик параллельных приложений. Изучаются динамические характеристики, описывающие выполнение параллельных приложений — время выполнения, количество операций с плавающей точкой, потребляемая электроэнергия, количество обращений в память и другие. Прогнозирование динамических характеристик позволяет решать многие проблемы, связанные с проектированием новых архитектур, выбором наиболее подходящих конфигураций многопроцессорных систем для решения конкретных задач, портированием приложений на новые системы, планированием потоков задач и многие другие. Задача прогнозирования характеристик активно исследуется. Возрастающая сложность архитектур современных высокопроизводительных систем требует разработки новых методов решения задачи прогнозирования. В статье дается обзор существующих подходов и программных средств для прогнозирования динамических характеристик и предлагается подход, основанный на статическом анализе исходного кода параллельного приложения. На основе текста параллельной программы, формального описания целевой вычислительной платформы и параметров запуска реализован метод, позволяющий прогнозировать время работы, количество выполненных операций вещественной арифметики, обращения к памяти и другие характеристики параллельного приложения. Применимость предложенного подхода продемонстрирована на примере решения тестовой трехмерной задачи численного моделирования на многопроцессорном кластере на базе процессоров IBM Power8. In this paper, we consider the problem of prediction of parallel program dynamic characteristics, like execution time, count of floating-point operations, energy consumption, count of memory accesses and others. Prediction of dynamic characteristics allows solving many problems, related to design of new architectures, selection of the most suitable configurations of multiprocessor systems for solving specific problems, porting applications to new systems, task flow planning and more. The task of predicting characteristics is being actively investigated. Increasing complexity of the architectures of modern high-performance systems requires the development of new methods for solving the prediction problem. The article provides an overview of the existing approaches and software for predicting dynamic characteristics and proposes an approach based on a static analysis of the source code of a parallel application. Based on the text of the parallel program, the formal description of the target computing platform and the launch parameters, a method is implemented that allows predicting the operating time, the number of floating-point operations, number of memory accesses, and other characteristics of the parallel application. The applicability of the proposed approach is demonstrated by solving the test 3-dimensional numerical simulation problem on a multiprocessor cluster based on IBM Power8 processors.