Parallélisme en programmation par contraintes

Parallelism in constraint programming

• Auteur / Autrice : Mohamed Rezgui
• Direction : Jean-Charles Régin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 08/07/2015
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Informatique, signaux et systèmes (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia-Antipolis (I3S) / Equipe CEP
• Jury : Président / Présidente : Michel Rueher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Charles Régin, Michel Rueher, Christophe Lecoutre, Laurent Perron, Xavier Lorca, Arnaud Malapert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Lecoutre, Laurent Perron, Xavier Lorca

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résolution de problème -- Informatique

Décomposition (méthode mathématique)

Parallélisme (informatique)

Programmation par contraintes

Mots clés libres

Programmation par contraintes

Parallélisme

Décomposition

Résolution

Constraint programming

Parallelism

Decomposition

Resolution

Embarrassingly parallel

Work stealing

Portfolio

Résumé

Nous étudions la parallélisation de la procédure de recherche de solution d’un problème en Programmation Par Contraintes (PPC). Après une étude de l’état de l’art, nous présentons une nouvelle méthode, nommée Embarrassingly Parallel Search (EPS). Cette méthode est basée sur la décomposition d’un problème en un très grand nombre de sous-problèmes disjoints qui sont ensuite résolus en parallèle par des unités de calcul avec très peu, voire aucune communication. Le principe d’EPS est d’arriver statistiquement à un équilibrage des temps de résolution de chaque unité de calcul afin d’obtenir une bonne répartition de la charge de travail. EPS s’appuie sur la propriété suivante : la somme des temps de résolution de chacun des sous-problèmes est comparable au temps de résolution du problème en entier. Cette propriété est vérifiée en PPC, ce qui nous permet de disposer d’une méthode simple et efficace en pratique. Dans nos expérimentations, nous nous intéressons à la recherche de toutes les solutions d’un problème en PPC, à prouver qu’un problème n’a pas de solution et à la recherche d’une solution optimale d’un problème d’optimisation. Les résultats montrent que la décomposition doit générer au moins 30 sous-problèmes par unité de calcul pour obtenir des charges de travail par unité de calcul équivalentes. Nous évaluons notre approche sur différentes architectures (machine multi-coeurs, centre de calcul et cloud computing) et montrons qu’elle obtient un gain pratiquement linéaire en fonction du nombre d’unités de calcul. Une comparaison avec les méthodes actuelles telles que le work stealing ou le portfolio montre qu’EPS obtient de meilleurs résultats.

We study the search procedure parallelization in Constraint Programming (CP). After giving an overview on various existing methods of the state-of-the-art, we present a new method, named Embarrassinqly Parallel Search (EPS). This method is based on the decomposition of a problem into many disjoint subproblems which are then solved in parallel by computing units with little or without communication. The principle of EPS is to have a resolution times balancing for each computing unit in a statistical sense to obtain a goodDépôt de thèse – Données complémentaireswell-balanced workload. We assume that the amount of resolution times of all subproblems is comparable to the resolution time of the entire problem. This property is checked with CP and allows us to have a simple and efficient method in practice. In our experiments, we are interested in enumerating all solutions of a problem, and proving that a problem has no solution and finding an optimal solution of an optimization problem. We observe that the decomposition has to generate at least 30 subproblems per computing unit to get equivalent workloads per computing unit. Then, we evaluate our approach on different architectures (multicore machine, cluster and cloud computing) and we observe a substantially linear speedup. A comparison with current methods such as work stealing or portfolio shows that EPS gets better results.