Статья: Команда "шаг" в параллельных отладчиках

/* 6*/ return 0;

/* 7*/ }

Имея объявление сетевого типа, можно объявить идентификатор сетевого объекта этого типа. Например, объявление в строке 2 вводит идентификатор w сетевого объекта состоящего из 2 виртуальных процессоров.

Объект данных, распределенный по некоторой области вычислительного пространства, составляется из обычных (нераспределенных) объектов одного типа, размещенных в процессорных узлах этой области таким образом, что каждый процессорный узел содержит одну и только одну компоненту распределенного объекта. Например, объявление в строке 3 вводит целую переменную i, распределенную по сети w. Конструкция [w] представляет собой спецификатор распределения переменной. В данной программе используются спецификаторы распределения [*] и [host], соответствующие всему вычислительному пространству и хост-процессору соответственно, а также [w:I==1], выделяющий узел сети w с координатой I, равной 1. Отметим, что хост-процессор имеет в этой сети координату 0.

Оператор в строке 4 присваивает компоненте переменной i, расположенной на хост-процессоре, значение 0. Это локальное присваивание.

Присваивание в строке 5 является расширением присваивания языка С. Оно присваивает компоненте переменной i, расположенной на узле сети w с координатой I, равной 1, значение компоненты переменной i, расположенной на хост-процессоре. Это распределенное присваивание.

Компилятор транслирует текст исходной программы на mpC в ANSI C-программу с обращениями к функциям системы поддержки времени выполнения. Используется SPMD-модель целевого кода, когда все процессы, составляющие параллельную программу, выполняют одинаковый код.

Система поддержки времени выполнения управляет вычислительным пространством, которое отображается на некоторое число процессов, выполняющихся на целевой вычислительной машине с распределенной памятью (например, на сети ПК и рабочих станций), а также обеспечивает передачу сообщений. Она полностью инкапсулирует конкретный коммуникационный пакет (в настоящее время, подмножество MPI 1.1) и обеспечивает независимость компилятора от конкретной целевой платформы.

5. Отладчик mpC-программ

mpC Workshop является интегрированной средой разработки и выполнения mpC программ для Windows, разработанной в Институте системного программирования РАН для компании ATS (www.atssoft.com). Он состоит из набора инструментов, поддерживающих все стадии разработки и выполнения mpC-программ, основным из которых является отладчик mpC-программ.

С каждым виртуальным процессором (процессом параллельной программы) отладчик связывает курсор, который указывает на его текущую выполняемую строку. Курсор имеет цвет, который указывает на его статус. Цвета определяются в соответствии со стилем светофора, то есть, зеленые курсоры могут выполнить команду перемещения, желтые могли бы выполнить команду перемещения, но остановлены пользователем и, наконец, красные курсоры не могут выполнить команду перемещения, так как они не закончили один из предыдущих шагов и ожидают синхронизации с другими виртуальными процессорами для его завершения. Курсоры одного цвета, указывающие на одну и ту же строчку, объединяются в составной курсор.

Существует возможность поменять цвет, как у всего составного курсора, так и у некоторых входящих в него курсоров. Можно менять цвет курсора только с желтого на зеленый и наоборот. Красный цвет курсора определяется отладчиком. Далее если это не будет оговорено отдельно, мы не будем делать различия между простым и составным курсором, а также между курсором и виртуальным процессором.

В отладчике mpC принята описанная выше синхронная модель. То есть, отладчик ожидает окончания шага всеми зелеными курсорами. Если отладчик знает, что какой-либо курсор не может закончить текущий шаг по "тривиальной параллельной" причине, он помечает этот курсор красным цветом и не ожидает завершения им последовательного шага на данном шаге параллельной программы. После того, как на каком-то шаге параллельной программы произошло событие, которое позволяет красному курсору закончить незавершенный последовательный шаг, отладчик начинает ожидать его завершения.

Рассмотрим пошаговое выполнение программы из примера 2. Пусть текущая виртуальная параллельная машина состоит из 2 виртуальных процессоров. В начале сессии отладки существует только один курсор зеленого цвета, показывающий на 1-ю строчку.

После первого шага появляется два курсора. Первый с номером 0 соответствует хост-процессору, который должен выполнить оператор в строке 4. Второй с номером 1, соответствует узлу сети w с координатой 1, который должен выполнить оператор в строке 5.

После второго шага курсор с номером 1 остается в той же позиции, но меняет свой цвет, так как он не может выполнить оператор в строке 5 до тех пор, пока его не начнет выполнять хост-процессор.

После выполнения третьего шага хост-процессором, процесс, которому соответствует курсор с номером 1 также заканчивает выполнение оператора в строке 5 и опять получается только один зеленый курсор.

Отладчик mpC имеет традиционную модель "клиент-сервер". Клиент связан со специальным процессом - менеджером отладки, который получает команды пользователя и управляет выполнением процессов параллельной программы. Когда, при выполнении шага, процесс параллельной программы выполняет действие, требующее синхронизации с другими процессами, информация об этом передается менеджеру отладки. Он понимает семантику соответствующих действий и поддерживает внутри себя модель состояния параллельной mpC программы, которая позволяет ему определять, какие процессы завершат выполнение шага, а какие нет.

Как отмечалось выше, mpC-компилятор транслирует mpC-программу в MPI-программу. Получающаяся в результате MPI-программа является "безопасной" ("safe") в смысле стандарта MPI [9], то есть, для ее успешного выполнения не требуется буферизация сообщений. Для того чтобы устранить неопределенность, связанную со стандартным режимом, в текущей версии системы программирования, в отладочном режиме, стандартные команды пересылки заменяются на синхронные. В будущем, когда удастся решить проблему с идентификацией выбранного режима выполнения стандартной команды пересылки, это ограничение будет снято.

6. Заключение

Существует естественное противоречие между общностью параллельного отладчика и сервисом, который он мог бы предоставлять при отладке программ, разработанных с помощью конкретного параллельного языка программирования или коммуникационной платформы. В данной статье мы рассматриваем один из аспектов построения специализированных параллельных отладчиков для конкретной коммуникационной библиотеки (MPI) и конкретного языка параллельного программирования (mpC), а именно, реализацию команд перемещения на примере команды "шаг".

Предлагаемая синхронная схема команды "шаг", с обработкой "тривиальных параллельных" причин незавершения позволяет, освободить пользователя от рутинной работы и, по возможности, приблизить отладку параллельной программы к отладке последовательной программы. Рассмотрена возможность реализации предлагаемой схемы для отладчика MPI-программ и показано, что она может быть реализована при незначительном усложнении существующего интерфейса "MPI - отладчик". Описана реализация предлагаемой схемы в отладчике mpC-программ, который является составной частью интегрированной системы разработки mpC Workshop.

Список литературы

Steven S.Lumetta, David E.Culler, "Mantis User's Guide, Version 1.0", 1994, http://www.cs.berkeley.edu/projects/parallel/castle/mantis/mantis.tr.html.

Steven S. Lumetta, David E. Culler: The Mantis Parallel Debugger, Proceedings of SPDT'96: SIGMETRICS Symposium on Parallel and Distributed Tools.

TotalView Users Guide, Etnus, 2003, http://www.etnus.com/Download/TV.html.

Lastovetsky A.: Parallel Computing on Heterogeneous Networks, John Wiley & Sons, New Jersey, 2003, 159-254.

A.Lastovetsky, D.Arapov, A.Kalinov, and I.Ledovskih, "A Parallel Language and Its Programming System for Heterogeneous Networks", Concurrency: Practice and Experience, 12(13), 2000, pp.1317-1343.