面向MPI代码生成的Open64编译器后端

随着计算机体系结构的发展,分布式存储结构以其良好的扩展性逐渐占据了高性能计算机体系结构市场的主导地位.为了将现有的串行程序转换为能够在高性能计算机上运行的并行程序,研究人员提出了并行化编译器.然而,当前面向分布存储并行系统的编译器发展却相对较慢,而面向共享存储并行系统的编译器及其相应技术已逐渐成熟.一种开发面向分布存储并行系统编译器的可行方法是改进现有的面向共享存储并行系统的编译器,使其自动生成能够在分布存储结构高性能计算机上运行的MPI(Message Passing Interface)并行程序.因此,该文为面向共享存储并行系统的编译器Open64设计并实现了一个支持MPI代码生成的后端.根据分布式并行化编译的特点,主要从自动生成计算划分、改进循环优化和自动生成MPI并行代码3个方面对Open64进行了改进,使其能够实现面向分布存储的并行化编译.实验测试利用带有MPI后端的Open64对串行程序进行编译,生成的MPI并行代码可直接运行在具有分布存储结构的高性能计算机上.通过将该MPI并行代码的执行效率与传统面向分布存储并行系统编译器生成的MPI代码效率进行比较,并行效率有明显的提升.     

基于JavaCC的C代码自动并行化的设计与实现

针对当前大量遗产代码无法重复利用的问题,设计一种新的编译工具将C的串行代码转换为基于MPI+OpenMP的混合并行编程代码,降低了并行编程的开发成本。首先,通过对JavaCC的优化,实现一种可以解析C语言的词法和语法分析器,进行源代码分析并生成抽象语法树;其次,根据语法树对源代码进行控制依赖性和数据依赖性分析,产生可并行化的语句块分区;再次,按照提出的并行代码生成方法得到目标代码;最后,基于Visual Studio 2010构建目标代码仿真验证环境。实验结果表明,该工具可以较为理想地实现串行代码自动并行化,与手工编写的代码在加速比上的误差为8.2%~18.4%。     

基于C语言的AOP编织器的设计与实现

在C语言开发的实时系统中因为缺乏可用的AOP编织器,所以在系统里无法应用AOP技术来弥补OOP技术的不足。讨论一个用于实时控制系统的C语言的AOP编织器的设计与实现。编织器分为两个部分,预编译部分通过词法与语法分析来解析Aspect代码,并将其代码符号存储在符号表中;第二部分中间代码生成将以符号表为基础,将Aspect代码转换成与原代码混合的中间代码,最后由C语言编译器编译生成最后的代码,从而达到编织的目的。     

一种Java语言图形编程工具的设计与实现

提出一种用于Java语言的图形编程工具的设计方法.它基于元建模机制设计图形编程语言,采用模型-视图-控制器(MVC)构架模式实现图形编辑器,并设计代码转换器完成从图形代码到对应文本代码的等价转换.通过在机器人编程游戏中的实际使用,证明其满足实际需要,大大提高图形编程语言的设计效率,增强了图形编辑器的可维护性与可复用性.这种设计方法也可以用来设计其他语言的图形编程工具.     

LSE：一种处理器体系结构软件仿真器开发工具

在现代处理器体系结构设计中,利用软件仿真技术对设计结果进行验证是最重要的方面之一.然而,处理器体系结构仿真器的开发是一个非常困难的过程.主要的困难表现在三个方面:第一,目前用于处理器体系结构仿真器开发的编程语言如C或C 语言都是串行执行的语言,而处理器的各部件是可以并行运行的,使用串行编程语言编程来模拟并行执行的部件需要长时间的、仔细的程序功能与部件功能的匹配工作,并且容易出错;第二,使用串行程序来模拟并行部件的运行,模拟速度很低,并且仿真速度低是处理器体系结构软件仿真器开发领域的瓶颈问题;最后,仿真器仿真结果的可信度低也是一个关键问题.本文首先介绍了一种新的处理器体系结构软件仿真器开发工具,然后深入分析了该开发工具的优点和缺点,最后对该仿真器开发环境提出了改进方案.     

以虚拟机为核心支持动态层绑定的方法

一些面向上下文的编程语言已经实现,但在这些语言中所有的层被编译为程序可执行代码的一部分,这限制了程序的应用范围.为了解决该问题,提出一种以虚拟机为核心的方法支持动态层绑定,它融入对象组合与代理到虚拟机实现层激活,利用虚拟机服务支持动态层绑定.为了精确描述该方法并有效分析该方法对程序类型安全的影响,定义一个以Featherweight Java演算为核心的演算.基于该演算,形式化分析它对程序类型安全的影响,定义相应的约束,并证明在满足该约束下动态层绑定能保持程序的类型安全.为证明方法可行,以演算为指导,通过扩展Java的编译器与虚拟机实现并评估该方法.该演算和方法的实现可用于指导类似Java的语言的扩展,以支持程序动态地绑定层,同时保证扩展后语言的类型安全.     

A*算法的改进及并行化

针对串行A^*算法时间性能较差的问题,提出了一种基于并行搜索和快速插入(PSFI)的算法。首先,研究了共享存储平台上的常见并行启发式搜索算法;然后,通过使用一种延迟的单表搜索(DSTS)方法和新的数据结构,改进了串行算法;其次,在此基础上,设计出一种基于共享存储平台的并行算法;最后,采用OpenMP加以实现。对24数码问题的测试结果表明,改进的串行和并行算法将运行时间分别减少到原算法的1/140和1/450;与并行的NBlock优先(PBNF)算法相比,并行算法将加速比提高到3.2,同时,改进算法是严格的最佳优先搜索算法,保证了解的质量,且易于实现。     

基于标记语言的并行多核编程方法

提出一种在多核平台上的快速多线程编程模型ThreadXML。该模型通过使用标记语言形式,提高程序的开发效率,支持可视化,增强并行程序设计的移植性。其中,语言模型编译器的实现采用代码模板技术和面向对象技术相结合的方式,能将ThreadXML源代码转换成目前可执行的程序代码,辅助可视化工具采用图元对象和代码模板技术实现。     

多核平台并行单源最短路径算法

提出一种多核平台并行单源最短路径算法。采用与Δ-Stepping算法相似的并行策略,通过多个子线程对同一个桶中的弧段进行并行松弛,利用主线程控制串行搜索中桶的序列。实验结果表明,该算法求解全美单源最短路径的时间约为4 s,与使用相同代码实现的串行算法相比,加速比更高。     

MPI通信代码自动生成算法

对于高性能并行计算机而言，如何由给出的计算、数据划分信息及精确数组数据流分析信息自动生成并行化代码是实现串行程序并行化的一个重要问题。根据Saman P.Amarasinghe和Lam的定理，实现了一种并行化识别工具中MPI（Message Passing Interface）并行化代码自动生成技术的算法，并对该算法的性能进行分析。     

一个有效的并行分析算法

并行分析在并行编译系统中有着很重要的作用,它的优劣直接影响到编译系统的成败,随着机群系统及其并行开发环境的发展,多数的并行系统可支持多重并行循环的运行。而对只支持一重并行循环的编程系统,选择并行运行效率最高的循环,也是很重要的。为此,本文提出了一个有效的循环并行分析方案,它不但能给出多层循环的并行性,而且能够处理绝大部分实际应用中的并行性问题,本文对传统的并行分析算法进行修改,并给出了一个有效的并     

基于Matlab的并行循环冗余校验Verilog代码自动生成方法

在水声信号探测数据的传输过程中,现场可编程门阵列（FPGA）通过传统串行方法对长数据帧进行循环冗余校验（CRC）时无法达到速度要求,而更快速的并行校验方法存在因编程复杂带来的实际工程应用困难问题。为了满足传输对校验速度的需求,降低编程难度和缩短编程时间,设计了一种借助Matlab对任意长度数据帧自动编写并行CRC程序语句的方法。该计算方法基于矩阵法数学原理,借助Matlab完成所有数学推导计算过程,然后直接输出符合Verilog HDL语法规则的并行CRC校验程序语句。通过在Quartus Ⅱ 9.0中仿真,进一步在民用拖曳声呐阵列系统上进行数据传输实验,验证了Matlab自动编程方法的有效性：校验程序的自动编写输出能在几十秒内完成,同时生成的并行CRC校验程序能在满足数据传输速度要求的情况下正确地计算出系统中传输协议定义的长数据帧的校验码。     

Parallel-architecture-directed program transformation

The widespread use of parallel machines has been hampered by the difficulty of mapping applications onto them effectively. The difficulty arises because current programming languages require the programmer to specify a problem to be solved at a low level of abstraction in an imperative form. Thus the programmer must immediately encode an architecture-specific algorithm detailing every communication and calculation. This process is prone to error and complicates the reuse of software.

An alternative approach is to specify the problem to be solved at a high-level in a functional language. Meaning-preserving program transformations can then be used to derive a parallel algorithm. Such algorithms can be run on parallel graph-reduction or dataflow machines which automatically exploit the implicit parallelism in a functional language program. Such automatic decomposition techniques, however, are not yet capable of fully yielding the extra performance offered by the parallel hardware.

We show how, by including an architecture specification with the problem specification, and extending the amount of transformation performed, it is possible to produce functional language code that explicity expresses the calculations and communications to be performed by the processors. This simplifies compilation, yields faster programs and enables parallel software to be developed for a wide variety of parallel computer architectures.

A goal-seeking transformation methodology has been developed which enables a high-level functional specification of the problem and a high-level functional abstraction of the target computer architecture to be systematically manipulated to produce an efficient parallel algorithm tailored to the target architecture. As the transformations start from very high-level specifications, the discovery of new algorithms is facilitated.

A case study is used to demonstrate the effectiveness of the technique. We show how a high level specification for sort can be transformed with a pipeline architecture specification to give a mergesort and how the same specification with a dynamic-message-passing architecture specification can be transformed to a novel parallel quicksort.     

有限差分法的并行化计算实现

有限差分法是求解偏微分方程近似解的一种重要的数值方法。并行化计算可提高复杂计算问题的效率,二维场中拉普拉斯方程的差分格式非常适合并行化方法的计算。如何将串行部分并行化以提高大规模计算的效率,MPI（消息传递接口）是实现并行程序设计的标准之一。虚拟进程（MPI_PROC_NULL）是MPI中的假想进程,它的引用可简化MPI编程中的通信部分,引入虚拟进程编写代码,可实现有限差分方法的并行化计算。     

A Partial Evaluator for A Parallel Lambda Language

This paper describes theoretical and practical aspects of a partial evaluator that treats a parallel lambda language.The parallel language presented is a combination of lambda calculus and message passing communication mechanism.This parallel language can be used to write a programming language‘s denotational semantics which extracts the paallelism in the program.From this denotational definition of the programming language,the partial evaluator can generate parallel compiler of the language by self-application. The key technique of partial evaluation is binding time analysis that determines in advance which parts of the source program can be evaluated during partial evaluation,and which parts cannot,A binding time analysis is described based upon type inference.A new type chcode in introduced into the type system,which denotes the type of those expressions containing residual channel operations.A well-formedness criterion is given which ensures that partial evaluation not only doesn‘t commit type errors but also doesn‘t change the sequence of channel operations.Before binding time analysis,channel analysis is used to analyze the communication relationship between send and receive processes.     

Integrating model-based optimization and program transformation to generate efficient parallel programs

The paper gives an overview on the DSPL programming environment, an integrated approach to automate system design and implementation of applications run on dedicated parallel systems. The programming environment consists of a data-flow language and an integrated set of tools. The tools automatically derive a software model from the given application program. Based on the model, the design decisions as the network topology, the task mapping and schedule as well as the optimal use of buffers are computed. Finally, the design decisions are automatically implemented by transforming the application program in executable code for the chosen processor network. The DSPL programming environment integrates model-based optimization techniques and program transformation techniques. The integration allows to include new aspects in the optimization process. Especially optimizations crucial to the semantics of the program can be included. The most important examples of such optimizations are the enforcement of the schedule in case of data-dependent execution of tasks and the transformation of buffered communication to unbuffered communication. Both aspects are crucial to the generation of efficient parallel implementations. The integration of the two aspects is supported by a formal framework. This allows to formally prove the correctness of the program optimizations performed by the programming environment.     

基于并行结构骨架的程序设计环境研究与实现

并行结构骨架理论提供了一种描述并行程序设计模式的通用模型,对设计模式进行更高层次的抽象,能有效解决基于设计模式的并行程序设计方法的局限性问题,降低并行程序设计开发难度.基于并行结构骨架的并行程序设计环境--PASBPE在并行结构骨架理论的基础上,使用参数化设置快速生成用户所需并行程序框架,同时通过可视化的程序设计交互环境,简化并行程序的开发过程,提高开发效率.     

基于IDA-Pro的软件逆向分析方法

二进制程序转换作为软件逆向分析的主要手段发挥着积极作用。该文给出一种程序转换方法,应用软件二进制程序经IDA Pro反汇编得汇编语言程序,依据下推自动机原理设计汇编文法识别该汇编文件、制定相应的转换规则和优化措施将汇编语言转换成中间语言。转换所得中间语言可读性较强,具有通用性且易于理解。该方法达到了较高的自动化程度,缩小了目标程序的代码量,其应用可有效地减少软件分析和调试人员在追踪代码时所需的时间和工作量。给出应用上述方法进行程序转换的实例。