Parallel source code transformation techniques using design patterns

• Autores: David del Río Astorga
• Directores de la Tesis: José Daniel García Sánchez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2018
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: David Expósito Singh (presid.), Rafael Asenjo Plaza (secret.), Marco Aldinucci (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología Informática por la Universidad Carlos III de Madrid
• Materias:
  • Matemáticas
    • Ciencia de los ordenadores
      • Lenguajes de programación
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • En los últimos años, las técnicas tradicionales para mejorar el rendimiento, como es el caso del incremento de la frecuencia de reloj, han llegado a sus límites. Con el fin de seguir mejorando el rendimiento, se han desarrollado las arquitecturas paralelas, las cuales proporcionan un incremento del rendimiento al estar provistas de mayores capacidades de procesamiento. Sin embargo, programar de forma eficiente para estas arquitecturas requieren de grandes esfuerzos por parte de los desarrolladores. Comparado con la programación secuencial, diseñar e implementar aplicaciones paralelas enfocadas a trabajar en estas arquitecturas presentan una gran cantidad de dificultades como son las condiciones de carrera, los deadlocks o el incorrecto balanceo de la carga.

    En este sentido, los patrones paralelos son una forma de encapsular aspectos algorítmicos de las aplicaciones permitiendo el desarrollo de soluciones robustas, portables y legibles gracias a las abstracciones de alto nivel. En general, estos patrones son capaces de proporcionar el paralelismo a la vez que ocultan las complejidades derivadas de los mecanismos de control de concurrencia necesarios como el manejo de los hilos, las sincronizaciones o la compartición de datos. No obstante, los diferentes frameworks que siguen esta filosofía no comparten una única interfaz lo que conlleva que los usuarios deban conocer múltiples bibliotecas y sus capacidades, con el fin de decidir cuál de ellos es mejor para una situación concreta y como usarlos de forma eficiente. Además, con el fin de paralelizar aplicaciones existentes, es necesario analizar e identificar las regiones del código que pueden ser paralelizadas, lo cual es una tarea ardua y compleja. Además, algunos algoritmos ya se encuentran implementados en paralelo y optimizados para arquitecturas concretas en diversas bibliotecas. Esto da lugar a que sea necesario analizar y determinar que implementación concreta es la más adecuada para solucionar un problema dado.

    Para paliar estas situaciones, está tesis busca simplificar y minimizar el esfuerzo necesario para transformar aplicaciones secuenciales en paralelas. De esta forma, los códigos resultantes serán capaces de explotar los recursos disponibles a la vez que se reduce considerablemente el esfuerzo de desarrollo necesario. En general, esta tesis contribuye con lo siguiente. En primer lugar, se propone una técnica de detección de patrones paralelos en códigos secuenciales. En segundo lugar, se presenta una interfaz genérica de patrones paralelos para C++ que permite seleccionar la implementación de dichos patrones proporcionada por frameworks ya existentes. En tercer lugar, se introduce un framework de transformación de código secuencial a paralelo que hace uso de las técnicas de detección de patrones y la interfaz presentadas. Finalmente, se proponen mecanismos capaces de seleccionar la implementación más adecuada para solucionar un problema concreto basándose en el rendimiento obtenido en ejecuciones previas. Gracias a la evaluación realizada se ha podido demostrar que uso de las técnicas presentadas pueden minimizar el tiempo necesario para transformar y optimizar el código a la vez que mejora el rendimiento de las aplicaciones transformadas.