Очарование++

Очарование++

Парадигма	на основе сообщений Параллельное программирование , мигрируемые объекты, объектно-ориентированное , асинхронная многозадачность
Разработано	Лакшмикант Кале
Разработчик	Лаборатория параллельного программирования
Впервые появился	конец 1980-х ( конец 1980-х )
Стабильная версия	7.0.0 / 25 октября 2021 г ( 25.10.2021 )
Язык реализации	С++ , Питон
Платформа	Cray XC , XK , XE , IBM Blue Gene/Q , Infiniband , TCP , UDP , MPI , OFI
ТЫ	Линукс , Виндовс , МакОС
Веб-сайт	http://charmplusplus.org

Charm++ — это парадигма параллельного объектно-ориентированного программирования, основанная на C++ и разработанная в Лаборатории параллельного программирования Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне . Charm++ разработан с целью повышения производительности программистов путем предоставления высокоуровневой абстракции параллельной программы и в то же время обеспечения хорошей производительности на широком спектре базовых аппаратных платформ. Программы, написанные на Charm++, разбиваются на ряд взаимодействующих объектов, управляемых сообщениями, называемых chares . Когда программист вызывает метод объекта, система выполнения Charm++ отправляет сообщение вызванному объекту, который может находиться на локальном процессоре или на удаленном процессоре в ходе параллельных вычислений. Это сообщение запускает выполнение кода внутри раздела для асинхронной обработки сообщения.

Символы могут быть организованы в индексированные коллекции, называемые массивами элементов , и сообщения могут отправляться отдельным элементам внутри массива элементов или всему массиву элементов одновременно.

Символы в программе сопоставляются с физическими процессорами с помощью адаптивной системы выполнения. Сопоставление символов процессорам прозрачно для программиста, и эта прозрачность позволяет системе выполнения динамически изменять назначение символов процессорам во время выполнения программы для поддержки таких возможностей, как балансировка нагрузки на основе измерений, отказоустойчивость, автоматическое определение контрольных точек и возможность сжимать и расширять набор процессоров, используемых параллельной программой.

Приложения, реализованные с использованием Charm++, включают NAMD (молекулярная динамика) и OpenAtom (квантовая химия), ChaNGa и Spectre (астрономия), EpiSimdemics (эпидемиология), Cello/Enzo-E (адаптивное уточнение сетки) и ROSS (параллельное моделирование дискретных событий). Все эти приложения масштабируются до ста тысяч ядер и более в петамасштабных системах.

Адаптивный MPI (AMPI) представляет собой реализацию стандарта интерфейса передачи сообщений поверх системы выполнения Charm++ и предоставляет возможности Charm++ в более традиционной модели программирования MPI. AMPI инкапсулирует каждый процесс MPI в мигрируемом потоке пользовательского уровня, который привязан к объекту Charm++. Встраивая каждый поток в файл, программы AMPI могут автоматически использовать преимущества системы времени выполнения Charm++ с небольшими изменениями в программе MPI или вообще без них.

Charm4py позволяет писать приложения Charm++ на Python , поддерживает миграцию объектов Python и асинхронный удаленный вызов методов.

Пример

Вот код Charm++ для демонстрационных целей:

Заголовочный файл ( привет.х )

class Hello : public CBase_Hello {
 public:
  Hello(); // C++ constructor

  void sayHi(int from); // Remotely invocable "entry method"
};

Файл интерфейса Charm++ ( hello.ci )

module hello {
  array [1D] Hello {
    entry Hello();
    entry void sayHi(int);
  };
};

Исходный файл ( привет.cpp )

# include "hello.decl.h"
# include "hello.h"

extern CProxy_Main mainProxy;
extern int numElements;

Hello::Hello() {
  // No member variables to initialize in this simple example
}

void Hello::sayHi(int from) {

  // Have this chare object say hello to the user.
  CkPrintf("Hello from chare # %d on processor %d (told by %d)\n",
           thisIndex, CkMyPe(), from);

  // Tell the next chare object in this array of chare objects
  // to also say hello. If this is the last chare object in
  // the array of chare objects, then tell the main chare
  // object to exit the program.
  if (thisIndex < (numElements - 1)) {
    thisProxy[thisIndex + 1].sayHi(thisIndex);
  } else {
    mainProxy.done();
  }
}

# include "hello.def.h"

Адаптивный MPI (AMPI)

Адаптивный MPI — это реализация MPI (например, MPICH, OpenMPI, MVAPICH и т. д.) поверх системы выполнения Charm++. Пользователи могут взять уже существующие приложения MPI, перекомпилировать их с помощью оболочек компилятора AMPI и начать экспериментировать с виртуализацией процессов, динамической балансировкой нагрузки и отказоустойчивостью. AMPI реализует «ранжирование» MPI как потоки уровня пользователя (а не процессы операционной системы). Эти потоки быстро переключаются между контекстами, поэтому несколько из них можно планировать совместно на одном ядре в зависимости от доступности для них сообщений. Ранги AMPI и все данные, которыми они владеют, также могут быть перенесены во время выполнения между различными ядрами и узлами задания. Это полезно для балансировки нагрузки и для схем отказоустойчивости на основе контрольных точек/перезапуска. Дополнительную информацию об AMPI см. в руководстве: http://charm.cs.illinois.edu/manuals/html/ampi/manual.html.

Шарм4пи

Шарм4пи Python — это платформа параллельных вычислений , построенная на основе среды выполнения Charm++ C++, которую она использует в качестве общей библиотеки. Charm4py упрощает разработку приложений Charm++ и оптимизирует части модели программирования. Например, нет необходимости записывать файлы интерфейса (файлы .ci) или использовать SDAG, а также нет необходимости компилировать программы. Пользователи по-прежнему могут ускорять свой код на уровне приложения с помощью таких технологий, как Numba . Стандартные готовые к использованию бинарные версии можно установить в Linux, macOS и Windows с помощью pip .

Также возможно писать гибридные программы Charm4py и MPI. Примером поддерживаемого сценария является программа Charm4py, использующая библиотеки mpi4py для определенных частей вычислений.

См. также

• НАМД
• ЧаНга
• OpenAtom

Ссылки

• Язык и система параллельного программирования Charm: Часть I. Описание особенностей языка , файл в формате pdf
• Язык и система параллельного программирования Charm: Часть II — Система времени выполнения , файл в формате pdf

Внешние ссылки

• Лаборатория параллельного программирования (ЛПЛ) в UIUC
• Система программирования Charm++
• Charmworks Inc: коммерческая поддержка Charm++ и связанных с ним инструментов
• Форум Charm++, AMPI и Charm4py