Squelettes algorithmiques méta-programmés : implantations, performances et sémantique

par Noman Javed

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Frédéric Loulergue.

Soutenue le 21-10-2011

à Orléans , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences et technologies (Orléans) , en partenariat avec Laboratoire d'informatique fondamentale (Orléans) (laboratoire) .

Le président du jury était Sébastien Limet.

Le jury était composé de Frédéric Loulergue, Sébastien Limet, Fabrice Mourlin, Susanna Pelagatti, Herbert Kuchen, Joël Falcou.

Les rapporteurs étaient Fabrice Mourlin, Susanna Pelagatti.


  • Résumé

    Les approches de parallélisme structuré sont un compromis entre la parallélisation automatique et la programmation concurrentes et réparties telle qu'offerte par MPI ou les Pthreads. Le parallélisme à squelettes est l'une de ces approches. Un squelette algorithmique peut être vu comme une fonction d'ordre supérieur qui capture un algorithme parallèle classique tel qu'un pipeline ou une réduction parallèle. Souvent la sémantique des squelettes est simple et correspondant à celle de fonctions d'ordre supérieur similaire dans les langages de programmation fonctionnels. L'utilisation combine les squelettes disponibles pour construire son application parallèle. Lorsqu'un programme parallèle est conçu, les performances sont bien sûr importantes. Il est ainsi très intéressant pour le programmeur de disposer d'un modèle de performance, simple mais réaliste. Le parallélisme quasi-synchrone (BSP) offre un tel modèle. Le parallélisme étant présent maintenant dans toutes les machines, du téléphone au super-calculateur, il est important que les modèles de programmation s'appuient sur des sémantiques formelles pour permettre la vérification de programmes. Les travaux menés on conduit à la conception et au développement de la bibliothèque Orléans Skeleton Library ou OSL. OSL fournit un ensemble de squelettes algorithmiques data-parallèles quasi-synchrones. OSL est une bibliothèque pour le langage C++ et utilise des techniques de programmation avancées pour atteindre une bonne efficacité. Les communications se basent sur la bibliothèque MPI. OSL étant basée sur le modèle BSP, il est possible non seulement de prévoir les performances des programmes OSL mais également de fournir une portabilité des performances. Le modèle de programmation d'OSL a été formalisé dans l'assistant de preuve Coq. L'utilisation de cette sémantique pour la preuve de programmes est illustrée par un exemple.

  • Titre traduit

    Metaprogrammed algorithmic skeletons : implementations, performances and semantics


  • Résumé

    Structured parallelism approaches are a trade-off between automatic parallelisation and concurrent and distributed programming such as Pthreads and MPI. Skeletal parallelism is one of the structured approaches. An algorithmic skeleton can be seen as higher-order function that captures a pattern of a parallel algorithm such as a pipeline, a parallel reduction, etc. Often the sequential semantics of the skeleton is quite simple and corresponds to the usual semantics of similar higher-order functions in functional programming languages. The user constructs a parallel program by combined calls to the available skeletons. When one is designing a parallel program, the parallel performance is of course important. It is thus very interesting for the programmer to rely on a simple yet realistic parallel performance model. Bulk Synchronous Parallelism (BSP) offers such a model. As the parallelism can now be found everywhere from smart-phones to the super computers, it becomes critical for the parallel programming models to support the proof of correctness of the programs developed with them. . The outcome of this work is the Orléans Skeleton Library or OSL. OSL provides a set of data parallel skeletons which follow the BSP model of parallel computation. OSL is a library for C++ currently implemented on top of MPI and using advanced C++ techniques to offer good efficiency. With OSL being based over the BSP performance model, it is possible not only to predict the performances of the application but also provides the portability of performance. The programming model of OSL is formalized using the big-step semantics in the Coq proof assistant. Based on this formal model the correctness of an OSL example is proved.


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