Ανάπτυξη Αλγορίθμων σε Παράλληλο Προγραμματιστικό Περιβάλλον OpenCL & MPICH

Abstract

Στην επιστήμη της πληροφορικής, ο Παράλληλος Προγραμματισμός αποτελεί ένα είδος προγραμματισμού, το οποίο επιτρέπει την ταυτόχρονη εκτέλεση πολλών εργασιών σε ένα παράλληλο προγραμματιστικό περιβάλλον (σε αντίθεση με τον σειριακό προγραμματισμό). Βασίζεται στην αρχή της πληροφορικής, η οποία υποστηρίζει ότι ένα πολύπλοκο πρόβλημα μπορεί να διαιρεθεί σε απλούστερα, οδηγώντας έτσι στη λύση του, με τη διαφορά ότι με τον παράλληλο προγραμματισμό τα προβλήματα επιλύονται ταυτόχρονα οδηγώντας στη ταχύτερη λύση του αρχικού προβλήματος. Συνεπώς ο παράλληλος προγραμματισμός αποτελεί μοναδική επιλογή εάν λάβουμε υπόψη το χρόνο επίλυσης ενός πολύπλοκου προβλήματος. Επιπλέον, χρησιμεύει σε πολλούς τομείς, όπως στον τομέα της μετεωρολογίας όπου η χρήση υπολογιστών είναι απαραίτητη. Ωστόσο, χωρίς τη βοήθεια του παράλληλου προγραμματισμού οι προβλέψεις δεν θα ήταν αρκετά έγκαιρες, καθώς υπάρχει τεράστιος όγκος πληροφοριών, οι οποίες δεν μπορούν να εκτελεστούν εμπρόθεσμα από έναν και μόνο υπολογιστή. Ακόμη, παρά τις δυνατότητες, που παρέχει ο παράλληλος προγραμματισμός και την πρόοδο της τεχνολογίας, η παραλληλοποίηση αλγορίθμων πραγματοποιείται από τον άνθρωπο. Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της εποχής, είναι η παραλληλοποίηση αλγορίθμων. Πολλοί από τους αλγόριθμους που χρησιμοποιούνται για επιστημονική έρευνα είναι εύκολα παραλληλοποιήσιμοι, ενώ κάποιοι άλλοι είναι πολυπλοκότεροι. Παραβλέποντας αυτή τη δυσκολία, παρουσιάζεται ένα ακόμη πρόβλημα το οποίο όσο εξελίσσεται η τεχνολογία τόσο πιο απρόβλεπτο γίνεται. Αυτός είναι ο ανθρώπινος παράγοντας ο οποίος είναι και ο κύριος λόγος για τον οποίο τα συστήματα έχουν ελαττώματα, καθώς είναι πολύ δύσκολο (αν όχι αναπόφευκτο) να προβλεφθούν όλες οι ενέργειες που θα διεξάγει ο χειριστής του προγράμματος αλλά και η συμπεριφορά του συστήματος. Μια προσπάθεια ανάπτυξης λογισμικών που παραλληλοποιεί αυτόματα τους αλγορίθμους έχει ξεκινήσει, αλλά δυστυχώς βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο. Τέλος, είναι γνωστό ότι υπάρχουν πολλές διαφορετικές μορφές παράλληλου προγραμματισμού, όπως bit-level, instruction-level, data parallelism και task parallelism, όμως η παρούσα Πτυχιακή Εργασία επικεντρώθηκε στις μορφές data & task parallelism και χρησιμοποιήθηκαν τα πρότυπα OpenCL και MPICH.