High performance coupling of parallel and distributed codes
Couplage à hautes performances de codes parallèles et distribués
Résumé
The quick power's growth of current computers and their interconnection in clusters and computational grids using high speed networks, allow to simulate more complex physical phenomena coupling several numerical calculation codes. In the hope to obtain more precise results, a new type of numerical simulation appeared which simulate several physics at the same time. This type of application is called "codes coupling". In fact, several codes (physics) are coupled or interconnected so that they communicate to achieve the simulation.
This thesis is interested to the problematic of high performance coupling of parallel and distributed codes. Performance achievement is based on the conception of distributed applications where certain components are parallel and communicate eficiently. The basic idea of this thesis is to construct distributed application using a data-flow oriented parallel programming language (Athapascan). Our contribution is situated in two programming models ; "remote procedure call (RPC) model" and "stream-oriented model". The contributions brought by this research are the following ones :
- Utilisation of a data-flow oriented language on a RPC-based computational grid ;
In HOMA project, the extensions to RPC model carried on one hand on the control and communication semantic and on the other hand on the execution supports to better exploit the parallelism. In the homogenous architecture such as clusters, the theoretical results of these extensions are presented in the form of an execution cost model for an implementation on CORBA distributed system using KAAPI ; the execution kernel of Athapascan parallel language. The experiences (elementary and on a real application) validated this cost model.
- Extensions to a shared memory model for codes coupling ;
In order to extend the consistency model of Athapascan virtual shared memory, we proposed "time collection". This notation allows to describe the stream-like semantics of access to shared data. Spatial distribution of shared data, such as needed for "data
parallel" codes, is described by "space collection". To specify the semantic associated to these new notations, we gave a new definition for shared data. Then in the framework of this definition, we defined three types of shared data ; "sequential", "time collection" and "space collection".
This thesis is interested to the problematic of high performance coupling of parallel and distributed codes. Performance achievement is based on the conception of distributed applications where certain components are parallel and communicate eficiently. The basic idea of this thesis is to construct distributed application using a data-flow oriented parallel programming language (Athapascan). Our contribution is situated in two programming models ; "remote procedure call (RPC) model" and "stream-oriented model". The contributions brought by this research are the following ones :
- Utilisation of a data-flow oriented language on a RPC-based computational grid ;
In HOMA project, the extensions to RPC model carried on one hand on the control and communication semantic and on the other hand on the execution supports to better exploit the parallelism. In the homogenous architecture such as clusters, the theoretical results of these extensions are presented in the form of an execution cost model for an implementation on CORBA distributed system using KAAPI ; the execution kernel of Athapascan parallel language. The experiences (elementary and on a real application) validated this cost model.
- Extensions to a shared memory model for codes coupling ;
In order to extend the consistency model of Athapascan virtual shared memory, we proposed "time collection". This notation allows to describe the stream-like semantics of access to shared data. Spatial distribution of shared data, such as needed for "data
parallel" codes, is described by "space collection". To specify the semantic associated to these new notations, we gave a new definition for shared data. Then in the framework of this definition, we defined three types of shared data ; "sequential", "time collection" and "space collection".
L'accroissement rapide de la puissance des calculateurs actuels et leur interconnexion en grappes et grilles de calcul à l'aide de réseaux rapides, permettent d'envisager, en mode de production, l'utilisation de plusieurs codes de calculs numériques couplés pour la simulation de phénomènes physiques plus complexes. Dans le but d'obtenir des résultats toujours plus précis, un nouveau type de simulation numérique, dont l'objectif est de simuler plusieurs
physiques en même temps, est apparu. Ce type d'application est appelé "couplage de code". En effet, plusieurs codes (physiques) sont couplés ou interconnectés an qu'ils communiquent pour réaliser la simulation.
Cette thèse s'intéresse aux problématiques liées au couplage à hautes performances de codes parallèles et distribués. L'obtention des performances repose sur la conception d'applications distribuées dont certains composants sont parallélisés et dont les communications sont efcaces. L'idée de bas de cette thèse est d'utiliser un langage de programmation parallèle orienté flot de données (ici Athapascan) dans deux modèles de conception d'applications distribuées ; "modèle appel de procédure à distance (RPC)" et "modèle orienté flux de données (stream-oriented)". Les contributions apportées par ce travail de recherche sont les suivants :
- Utilisation d'un langage de flot de données dans un grille RPC de calcul ;
Dans le cadre de projet HOMA, les extensions au modèle RPC ont porté d'une part sur la sémantique de contrôle et de communication et d'autre part sur les supports exécutifs pour mieux exploiter le parallélisme. Les résultats théoriques de ces extensions pour une implantation sur le bus logiciel CORBA à l'aide du moteur exécutif KAAPI d'Athapascan et pour l'architecture homogène comme grappe de PC, sont présentés sous la forme d'un modèle de coût d'exécution. Les expériences (élémentaires et sur une application réelle) ont validé ce modèle de coût.
- Extension d'un modèle mémoire partagée pour couplage de codes ;
An d'étendre la sémantique d'accès aux données partagées du langage Athapascan, nous avons proposé la notion de "collection temporelle". Ce concept permet de décrire la sémantique d'accès de type flux de données. La "collection spatiale" permet de mieux exploiter les données parallèles. Pour préciser la sémantique associée à ces nouvelles notions, nous avons donné une nouvelle définition pour la donnée partagée. Puis dans le cadre de cette définition, nous avons défini trois types de données partagées ; "séquentielle", "collection temporelle" et "collection spatiale".
physiques en même temps, est apparu. Ce type d'application est appelé "couplage de code". En effet, plusieurs codes (physiques) sont couplés ou interconnectés an qu'ils communiquent pour réaliser la simulation.
Cette thèse s'intéresse aux problématiques liées au couplage à hautes performances de codes parallèles et distribués. L'obtention des performances repose sur la conception d'applications distribuées dont certains composants sont parallélisés et dont les communications sont efcaces. L'idée de bas de cette thèse est d'utiliser un langage de programmation parallèle orienté flot de données (ici Athapascan) dans deux modèles de conception d'applications distribuées ; "modèle appel de procédure à distance (RPC)" et "modèle orienté flux de données (stream-oriented)". Les contributions apportées par ce travail de recherche sont les suivants :
- Utilisation d'un langage de flot de données dans un grille RPC de calcul ;
Dans le cadre de projet HOMA, les extensions au modèle RPC ont porté d'une part sur la sémantique de contrôle et de communication et d'autre part sur les supports exécutifs pour mieux exploiter le parallélisme. Les résultats théoriques de ces extensions pour une implantation sur le bus logiciel CORBA à l'aide du moteur exécutif KAAPI d'Athapascan et pour l'architecture homogène comme grappe de PC, sont présentés sous la forme d'un modèle de coût d'exécution. Les expériences (élémentaires et sur une application réelle) ont validé ce modèle de coût.
- Extension d'un modèle mémoire partagée pour couplage de codes ;
An d'étendre la sémantique d'accès aux données partagées du langage Athapascan, nous avons proposé la notion de "collection temporelle". Ce concept permet de décrire la sémantique d'accès de type flux de données. La "collection spatiale" permet de mieux exploiter les données parallèles. Pour préciser la sémantique associée à ces nouvelles notions, nous avons donné une nouvelle définition pour la donnée partagée. Puis dans le cadre de cette définition, nous avons défini trois types de données partagées ; "séquentielle", "collection temporelle" et "collection spatiale".
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