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1 \chapter{並列プログラミングフレームワーク Cerium}
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2 Cerium は、当初 Cell 用の Fine-Grain TaskManager として当研究室で開発された。
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3 本章では Cerium の実装について説明する。
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5 \section{Cerium の概要}
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6 Cerium は当初 Cell 用であったが、現在では Linux、 MaxOS X上で動作する。
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7 GPGPU の Data Parallel を含めて同じ形式で記述できる。
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9 CeriumはTaskManager、 SceneGraph、Rendering Engine の3つの要素から構成される。
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10 本研究では Cerium の TaskManager を汎用計算フレームワークとして改良を行う。
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11 これによりヘテロジニアス環境に対応したシステムやフレームワークに必要な API や機構について考察していく。
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12 \section{Cerium TaskManager}
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13 Cerium TaskManager では、処理の単位を Task としてプログラムを記述していく。
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14 関数やサブルーチンを Task として扱い、 Task 間の依存関係を考慮しながら実行される。
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15 Task を生成する際に、以下のような要素を設定することができる。
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17 \begin{itemize}
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18 \item input data
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19 \item output data
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20 \item parameter
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21 \item cpu type
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22 \item dependency
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23 \end{itemize}
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25 input/output data, parameter は関数で言うところの引数に相当する。
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26 cpu type は Task が動作する Device を示し、 dependency は他の Task との依存関係を表す。
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28 \section{Cerium における Task}
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29 図:\ref{fig:taskmanager}は Cerium が Task を生成/実行する場合のクラスの構成図である。
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30 TaskManager で依存関係が解消され、実行可能になった Task は ActiveTaskList に移される。
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31 ActiveTaskList に移された Task は依存関係が存在しないのでどのような順番で実行されても良い。
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32 Task は転送を行いやすい TaskList に変換され、cpu type に対応した Scheduler に転送される。
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33 なお、転送はSynchronozed Queue である mail を通して行われる。
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36 \begin{figure}[htpb]
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37 \begin{center}
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38 \includegraphics[scale=0.7]{./images/createTask.pdf}
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39 \end{center}
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40 \caption{Task Manager}
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41 \label{fig:taskmanager}
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42 \end{figure}
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0
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44 \section{Task の Scheduling}
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46 GPU や Cell のような Shared Memory でない環境でのプログラミングを行う場合、
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47 Task の入出力となるデータを転送し、転送が終わってから Task を起動しなければならない。
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48 転送処理がボトルネックとなり、並列度が低下してしまう。
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49 そのため、Cerium はパイプライン実行をサポートしている。
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51 Scheduler に転送された Task はパイプラインで処理される(図:\ref{fig:scheduler})。
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52 Task が全て終了すると Scheduler から TaskManager に mail を通して通知される。
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53 通知に従い依存関係を解決した Task が再び TaskManager から Scheduler に転送される。
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55 \begin{figure}[htpb]
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56 \begin{center}
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57 \includegraphics[scale=0.7]{./images/scheduler.pdf}
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58 \end{center}
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59 \caption{Scheduler}
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60 \label{fig:scheduler}
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61 \end{figure}
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62 \newpage
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63 \section{Task 生成の例}
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64 ソースコード:\ref{src:createTask}に Task を生成する例題を示す。
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65 input data を2つ用意し、 input data の各要素同士を乗算し、
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66 output に格納する multiply という例題である。
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68 \begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=src:createTask,caption=Task の生成,numbers=left]
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69 void
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70 multiply_init(TaskManager *manager, float *i_data1, float *i_data2, float *o_data) {
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72 // create task
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73 HTask* multiply = manager->create_task(MULTIPLY_TASK);
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74 multiply->set_cpu(spe_cpu);
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75
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76 // set indata
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77 multiply->set_inData(0, i_data1, sizeof(float) * length);
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78 multiply->set_inData(1, i_data2, sizeof(float) * length);
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79
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80 // set outdata
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81 multiply->set_outData(0, o_data, sizeof(float) * length);
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82
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83 // set parameter
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84 multiply−>set_param(0,(long)length);
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85
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86 // set device
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87 multiply->set_cpu(SPE_ANY);
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88
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89 // spawn task
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90 multiply−>spawn();
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91 }
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92 \end{lstlisting}
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94 表:\ref{table:task_create_api}は Task 生成時に用いる API の一覧である。
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95 create された Task は各種パラメタを設定し、spawn/iterate することで TaskManager に登録される。
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97 \begin{tiny}
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98 \begin{table}[htpb]
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99 \begin{center}
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100 \small
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101 \begin{tabular}[htpb]{c|l}
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102 \hline
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103 create\_task & Task を生成する \\
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104 \hline
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105 set\_inData & Task への入力データのアドレスを追加 \\
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106 \hline
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107 set\_outData & Task からの出力データのアドレスを追加 \\
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108 \hline
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109 set\_param & Task へ値を一つ渡す。ここではlengthを渡している \\
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110 \hline
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111 set\_cpu & Task を実行する Device の設定 \\
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112 \hline
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113 spawn & 生成した Task を ActiveTaskList に登録する \\
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114 \hline
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115 \end{tabular}
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116 \caption{Task 生成おける API}
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117 \label{table:task_create_api}
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118 \end{center}
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119 \end{table}
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120 \end{tiny}
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0
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122 ソースコード:\ref{src:createTask}は Host 側で Task を生成しているプログラムである。
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123 Device 側で実行される Task (OpenCL、CUDA でいう kernel) の記述はソースコード:\ref{src:task}のようになる。
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0
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125 \begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=src:task,caption=Task,numbers=left]
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126 static int
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127 run(SchedTask *s) {
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128 // get input
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129 float *i_data1 = (float*)s->get_input(0);
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130 float *i_data2 = (float*)s->get_input(1);
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131 // get output
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132 float *o_data = (float*)s->get_output(0);
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133 // get parameter
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134 long length = (long)s->get_param(0);
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135
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136 // calculate
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137 for (int i=0; i<length; i++) {
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138 o_data[i] = i_data1[i] * i_data2[i];
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139 }
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140 return 0;
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141 }
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142 \end{lstlisting}
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144 表:\ref{table:task_api}は Task 側で使用する API である。
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146 \begin{tiny}
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147 \begin{table}[htpb]
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148 \begin{center}
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149 \small
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150 \begin{tabular}[htpb]{c|l}
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151 \hline
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152 get\_input & 入力データのアドレスを取得 \\
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153 \hline
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7
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154 set\_output & 出力先データのアドレスを取得 \\
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4
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155 \hline
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7
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156 set\_param & パラメータを取得 \\
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4
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157 \hline
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158 \end{tabular}
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159 \caption{Task 側で使用する API}
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160 \label{table:task_api}
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161 \end{center}
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162 \end{table}
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163 \end{tiny}
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