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<!DOCTYPE html>
<html>
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   <meta http-equiv="content-type" content="text/html;charset=utf-8">
   <title>Gears OS における並列処理</title>

<meta name="generator" content="Slide Show (S9) v2.5.0 on Ruby 2.3.0 (2015-12-25) [x86_64-darwin16]">
<meta name="author"    content="Takui Higashionna" >

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<!-- prettify -->
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    Slideshow.init();

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      if (!el.classList.contains('noprettyprint')) {
        el.classList.add('prettyprint');
        el.style.display = 'block';
      }
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  } );


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</head>
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<div class="layout">
  <div id="header"></div>
  <div id="footer">
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    </div>
  </div>
</div>

<div class="presentation">

  <div class='slide cover'>
    <table width="90%" height="90%" border="0" align="center">
      <tr>
        <td>
          <div align="center">
            <h1><font color="#808db5">Gears OS における並列処理</font></h1>
          </div>
        </td>
      </tr>
      <tr>
        <td>
          <div align="left">
            Takui Higashionna

            <hr style="color:#ffcc00;background-color:#ffcc00;text-align:left;border:none;width:100%;height:0.2em;">
          </div>
        </td>
      </tr>
    </table>
  </div>

<div class='slide '>
<!-- === begin markdown block ===

      generated by markdown/1.2.0 on Ruby 2.3.0 (2015-12-25) [x86_64-darwin16]
                on 2017-05-15 18:13:55 +0900 with Markdown engine kramdown (1.13.2)
                  using options {}
  -->

<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="section">メタ計算を使った並列処理</h1>

<ul>
  <li>並列処理のプラグラミングは、処理のパイプライン</li>
  <li>当研究室ではメタ計算をサポートする言語として Continuation based C (CbC) を開発している</li>
  <li>CbC は Code Gear と Data Gear という処理とデータの単位を持っており、メタ計算を行うための Meta Code Gear、Meta Data Gear がある。</li>
  <li>Gears OS は CbC を用いて記述されている。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="code-gear-data-gear">Code Gear Data Gear</h1>

<ul>
  <li>Code Gear Data Gear とはプラグラムを分解し、処理の部分を Code Gear int や文字列などの部分を Data Gear という単位で分ける。</li>
  <li>Code Gearの処理はその処理に必要な Data Gear が揃ってから行われる。</li>
  <li>Code Gear の処理の移行は goto を使って行い、この移行の仕方を継続という。</li>
  <li>goto による移行は戻り値を持たないため、スタックを積む必要のない、スタックに積まない継続を軽量継続と呼ぶ。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="code-gear-data-gear-">Code Gear Data Gear を用いた計算</h1>

<ul>
  <li>Code Gear の処理の実行は、接続された Data Gear が揃ってから実行される。</li>
  <li>Data Gear には Output Data Gear と Input Data Gear があり、Code Gear は接続された Data Gear 以外を変更することはない。</li>
  <li>そのため通常の計算ではポインタを気にすることはなく、ポインタ演算はメタ計算部分で行われる。</li>
  <li>Code Gear の処理は tail call のみで遷移を行う関数型プログラミングである。</li>
  <li>agda に変換することができ、プログラムの正しさを証明できる。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="section-1">メタ計算</h1>

<ul>
  <li>メタ計算は通常の計算のための計算である</li>
  <li>並列処理の依存関係の解決、GPUなどのアーキテクチャ実行のための処理を行う。</li>
  <li>Gears OSではメタ計算は Meta Code Gear、Meta Data Gear で表現される。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="gears-os">Gears OS</h1>

<ul>
  <li>Gears OS は Code Gear、Data Gearの単位を用いて開発されており、CbCで記述される。</li>
  <li>Meta Code Gear は 通常の Code Gear の直後に遷移され、メタ計算を実行する。</li>
  <li>Meta Code Gear で OS の機能であるメモリ管理やスレッド管理を行う。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="gears-os-">Gears OS の並列性</h1>

<ul>
  <li>Code Gear が処理するのに必要なinput Data Gear　と処理実行後に出力される Input Data Gear の組を Task と呼ぶ。</li>
  <li>Code Gear は Task 以外とは依存関係がない</li>
  <li>依存関係が明確化されている Code Gear Data Gear で記述することで、並列化し易い。</li>
</ul>

<div style="text-align: center;">
    <img src="./fig/codeGear_dataGear.svg" alt="message" width="800" />
</div>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="gears-os--1">Gears OS の柔軟性</h1>

<ul>
  <li>Gears OS はメタ計算を使用することで
– データ拡張や機能の追加
– GPU 等の様々なアーキテクチャでも同じプログラムの動作</li>
  <li>メタ計算は通常の処理と階層を分けて処理を行う。</li>
</ul>

<div style="text-align: center;">
    <img src="./fig/meta_gear.svg" alt="message" width="800" />
</div>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="gears-os--2">Gears OS の構成</h1>

<ul>
  <li>Gears OS は以下の要素で構成される。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="context">Context</h1>

<ul>
  <li>Gears OS は Context と呼ばれる接続可能な Code Gear、Data Gear のリスト、Temporal Data Gear のためのメモリ空間等を持っている Meta Data Gear を持つ。</li>
  <li>Gears OS は必要な Code Gear、Data Gear に参照したい場合、この Context を通す必要がある。</li>
  <li>Context は 接続に必要な Code/Data Gear のリスト、 Data Gear を確保するためのメモリ空間、実行する Code Gear、Code Gear の実行に必要な Input Data Gear のカウンタ等をもっている。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="taskmanager">TaskManager</h1>
<ul>
  <li>TaskManager は Task、Worker の生成</li>
  <li>Worker に生成した Task の送信</li>
  <li>生成した Worker の終了処理等を行う</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="worker">Worker</h1>
<ul>
  <li>Worker は thread と実行する Task が入っている Queue を持っている。</li>
  <li>Worker は TaskManager から送信された Task を Queue から取り出し、Code Gear を実行する。</li>
  <li>Task は Context なので、Code Gear の実行に必要な Input Data Gear はその Context から参照される。</li>
  <li>Code Gear を実行した後は出力される Output Data Gear から依存関係を解決する。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="gpgpu">GPGPU</h1>
<ul>
  <li>もともとは画像出力や画像編集などの画像処理に用いられるGPUを画像処理以外に利用する技術のこと。</li>
  <li>GPUにはCPUに比べ多数のコアがあり、並列に処理することによってCPUよりも高速に処理を行うことができる。</li>
  <li>CPUに比べ複雑な計算ができない、GPU単体に直接命令を書き込むこともできないなど、問題点も存在する。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="cpuwoker">CPUWoker</h1>
<ul>
  <li>Worker thread で動くTaskスケジューラーである。</li>
  <li>synchronized queue からTask の List を読み込み実行する。</li>
  <li>Data Gear の待ち合わせ管理を行う。</li>
  <li>CPU Worker はreceive Tasl というAPI を持ち、Taskがなくなるまで繰り返す。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="cudawoker">CUDAWoker</h1>
<ul>
  <li>CPUWoker を再利用して作成するTask スケジューラー</li>
  <li>CUDA ライブラリの初期化を行う以外の動作はCPUWoker と全く同じとなる。</li>
  <li>GPU へのデータ転送及びGPU側でのTaskの実行はTaskのMeta Code Gear で行われる。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="section-2">依存関係の解決</h1>
<ul>
  <li>Gears での依存関係の解決は Data Gear にQueueをもたせることで行う</li>
  <li>Queue には その Data Gear を待っている Task が入っている</li>
  <li>Task は実行に必要な Input Data Gear のカウンタを持っており, Data Gear は書き出されると、依存関係にある Taskのカウンタをデクリメントする</li>
  <li>全ての Input Data Gear が揃ったら, Taskを Worker に送信する</li>
</ul>

<div style="text-align: center;">
    <img src="./fig/dependency.svg" alt="message" width="800" />
</div>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="task-">Task の設定におけるメタ計算の問題</h1>
<ul>
  <li>現在のGears OS では並列実行するTask の設定を以下の用に行っている。</li>
  <li>実行するCode Gear 揃っていない Input Data Gear の数、Input Data Gear/Output Data Gear への参照等をノーマルレベルで記述している。</li>
</ul>


</div>
<div class='slide '>
<!-- _S9SLIDE_ -->
<h1 id="task--1">Task の設定におけるメタ計算の問題</h1>
<ul>
  <li>この記述方法では Meta Data Gearである Task を直接参照しているためノーマルレベルでの記述は好ましくなく、メタレベルでの記述を行いたい。</li>
  <li>そこで以下のような記述を新たに考案した。</li>
  <li>par goto は先に上げたCode1 に変換されるきじゅつであり、これによりノーマルレベルでは直接 Taskを参照せずに par goto の引数で Task の設定を行うことができる。</li>
  <li>この記述を拡張することでCPU GPUでの切り替えを行うことも可能であると考える。</li>
</ul>
<!-- === end markdown block === -->
</div>


</div><!-- presentation -->
</body>
</html>
author	Tatsuki IHA <e125716@ie.u-ryukyu.ac.jp>
date	Mon, 15 May 2017 18:14:36 +0900
parents
children	896596d841c9