Читать онлайн «Параллельное и распределенное программирование на С++». Страница 95

//. . .

};

Для того чтобы сократить описание, мы объединили классы impi _stream и ompi _stream в единый класс mpi _stream. И точно так же, как классы istream и ostream перегружают операторы "<<" и ">>", мы обеспечим их перегрузку в классе mpi_stream. В листинге 9.7 показано, как можно определить эти перегруженные операторы:

// Листинг 9.7. Определение операторов   и **»*

//. . .

mpi_stream &operator<<(string X) {

MPI_Send(const_cast<char*>(X.data()),X.size(),

MPI__CHAR, Rank, Tag, Comm) ; return(*this);

}

// Упрощенное управление буфером, mpi_stream &operator<<(vector<long> &X) {

long *Buffer;

Buffer = new long[X.size()]; copy(X.begin(),X.end(),Buffer);

MPI_Send(Buffer,X.size(),MPI_LONG,Rank,Tag,Comm); delete Buffer; return(*this);

}

// Упрощенное управление буфером, mpi_stream &operator>>(string &X) {

char Buffer[10000];

MPI_Recv(Buffer,10000,MPI_CHAR,Rank,Tag,Comm, &Status); MPI_Get_count(&Status,MPI_CHAR,&BufferCount); X.append(Buffer); return(*this);

}

Назначение класса mpios в листинге 9.7 такое же, как у класса ios в семействе классов iostream, а именно: поддерживать состояние класса mpi_stream. Все типы данных, которые должны использоваться в ваших MPI-приложениях, должны иметь операторы "<<" и ">>", перегруженные с учетом каждого типа данных. Здесь мы продемонстрируем несколько простых перегруженных операторов. В каждом случае мы представляем упро щ енный вариант управления буфером. На практике необходимо прелусмотреть обработку исключений (на базе шаблонных классов) и распределение памяти (на базе классов-распределителей ресурсов). В листинге 9.7 обратите внимание на то, что класс mpios содержит коммуникатор, статус класса mpi_stream, номер буфера и значение ранга или тега (это — лишь одна из возможных конфигураций класса mpi_stream— существует множество других). После того как класс mpi_stream определен, его можно использовать в любой MPI-программе. Взаимодействие между MPI-задачами может быть организовано следую щ им образом.

//. . .

int X; float Y;

vector<float> Z;

mpi_s tream S tream (Rank, Tag, MPI_WORLD_COMM) ;

Stream « X << Z; Stream << Y;

//...

Stream >> Z;

Такой подход позволяет программисту, поддерживал потоковое пре д ставление, упростить МРТко д. Безусловно, в опре д еление операторов "<<" и ">>" необходимо включить соответствующую проверку ошибок и обработку исключительных ситуаций.

Резюме

Реализация SPMD- и MPMD-моделей параллелизма во многом выигрывает от использования шаблонов и механизма полиморфизма. Несмотря на то что MPT интерфейс включает средства динамического С++-связывания, в нем не используются преимущества методов объектно-ориентированного программирования. Это создает определенные трудности для разработчиков, использующих стандарт MPI. Для упрощения MPMD-программирования можно успешно использовать такие свойства объ-ектноориентированного программирования, как наследование и полиморфизм. Параметризованное программирование, которое поддерживается с помощью C++-шаблонов, позволяет упростить SPMD-программирование MPI-задач. Разделение работы программы между объектами — это естественный способ реализовать параллелизм в приложении. Для того чтобы облегчить взаимодействие между группами объектов, характеризующимися различной степенью ответственности за выполняемую работу, семейства объектов в MPI-приложении можно связать с коммуникаторами. Для поддержки потокового представления используется перегрузка операторов. Применение методов объектно-ориентированного и параметризованного программирования в рамках одного и того же MPI-приложения является воплощением муль-типарадигматического подхода, который упрощает код и во многих случалх уменьшает его объем. Тем самым упрощается отладка программ, их тестирование и поддержка. МРТзадачи, реализованные с помощью шаблонных функций, характеризуются более высокой надежностью при использовании различных типов данных, чем отдельно определенные функции с последующим обязательным выполнением операции приведения типа.

Визуализация проектов параллельных и распределенных систем

Мысл и, н е оформле нн ые в словес н ую о б олочку, — это впол н е обыч н ое явле ни е. Наш и и де и часто воз ни каю т н а уров н е ощуще нии. Мы вдруг нач ин аем чувс т вова т ь прав и ль н ос т ь реше ни я проблем, н ад ко т орым и б и л и сь долгое время, и т олько по т ом решаемся о б оз н ач ит ь и х н а т ом и л и ин ом языке... Оче н ь м н ого и дей пр и ходя т н ам в головы в бессловес н ой форме... О. Коэхлер (О. Koehler), The Ability of Birds to Count

Модель системы представляет собой своего рода информационное тело, «собранное» с целью изучения системы и лучшего ее понимания разработчиками и специалистами, которые должны ее поддерживать. При моделировании системы должны быть идентифицированы отдельные ее части, атрибуты, атакже действия, выполняемые системой. Моделирование — важный инструмент впроцессе проектирования любой системы, поэтому очень важно добиться того, чтобы разработчики до конца понимали систему, которую разрабатывают. Моделирование помогает выявить заложенный в систему параллелизм и понять, как именно следует реализовать ее распределение.

Унифицированный язык моделирования (Uniflted Modeling Language — UML) содержит графические средства, используемые для проектирования, визуализации, моделирования и документирования артефактов системы программного обеспечения. Язык UML представляет собой фактический стандарт для моделирования объект-нсюриентированных систем. Этот язык использует символы и условные знаки для обозначения артефактов системы ПО, отображаемых с различных точек зрения и при различной фокусировке. Язык UML вобрал в себя методы объектно-ориентирован-ного анализа и проектирования, предложенные Гради Бучем (GradyBooch), Джеймсом Рамбау Qames Rumbaugh) и Айваром Джекобсоном (Ivar Jacobson) в 1980-х и 1990-х годах. Он был принят рабочей группой по развитию стандартов объектного программирования (Object Management Group — OMG), международной организацией, состоящей из разработчиков ПО и производителей информационных систем и насчитывающей более 800 членов. Принятие UML дало разработчикам ПО не просто единый язык, а инструмент для анализа объектов, их описания, визуализации и документирования.

В этой главе мы покажем, как можно визуализировать и смоделировать параллельную и распределенную систему с помощью UML. Помимо помощи в разработке системы, моделирование позволяет идентифицировать области параллелизма (где именно?), понять необходимость применения синхронизации и взаимодействия подсистем (когда именно?), а также продумать степень распределения объектов (как именно?). Мы рассматриваем диаграммные методы визуализации и моделирования параллельных систем со структурной и поведенческой точек зрения. Однако следует отметить, что классы, объекты и системы, используемые в этой главе как примеры, служат целям демонстрации и необязательно отражают реальные классы, объекты или структуры, используемые в действительно существующей системе.