Параллельное и распределенное программирование на С++

Хьюз Камерон

#include «pvm3.h» //. . .

struct timeval TimeOut; TimeOut.tv_sec = 1000; int TaskId; int MessageId;

TaskId = pvm_parent; MessageId = 2;

pvro_trecv(TaskId,MessageId, &TimeOut) ; //...

Здесь переменная TimeOut содержит член tv_sec, установленный равным ЮОО с. Структуру timeval можно использовать для установки временных значений в секундах и микросекундах. Структура timeval имеет следую щ ий вид:

struct timeval{

long tv_sec; // секунды

long tv_usec; // микросекунды

};

Этот пример означает, что функция pvm_trecv заблокирует вызываю щ ую задачу максимум на 1000c. Если сооб щ ение будет получено до истечения заданных ЮОО с, функция сразу завершится. Функцию pvm_trecv можно использовать для предотвращения бесконечных задержек и взаимоблокировок. При успешном выполнении функция pvm_trecv( ) возвра щ ает номер нового активного буфера, в противном случае (при возникновении ошибки) — отрицательное значение. Если taskid = -1, функция примет сооб щ ение от любого отправителя. Если messageid = -1, функция примет любое сооб щ ение.

Функция pvm_probe

определяет, поступило ли сооб щ ение, заданное параметром messageid, от отправителя, заданного параметром taskid. Если функция pvm_probe «видит» указанное сооб щ ение, она возвра щ ает номер нового активного буфера. Если заданное сооб щ ение не прибыло, функция возвра щ ает число О. При возникновении сбоя функция возвра щ ает отрицательное значение.

Синопсис

#include «pvm3 .h»

int pvm_getsbuf (void) ;

int pvm_getrbuf (void) ;

int pvm_setsbuf(int bufferid);

int pvm_setrbuf(int bufferid);

int pvm_mkbuf(int Code);

int pvm_freebuf(int bufferid);

В библиотеке PVM предусмотрено шесть полезных функций управления буферами, которые можно использовать для установки, идентификации и динамического создания буферов отправки и приема. Функция pvm_getsbuf используется для получения номера активного буфера отправки. Если теку щ его буфера отправки не существует, функция возвра щ ает число 0. Функция pvm_getrbuf используется для получения идентификационного номера активного буфера приема. Следует иметь в виду, что при каждом получении сооб щ ения создается новый активный буфер, а теку щ ий буфер очи щ ается. Если теку щ его буфера приема не су щ ествует, функция возвра щ ает число 0. Функция pvm_setsbuf устанавливает параметр bufferid равным номеру активного буфера отправки. Обычно PVM-задача имеет только один буфер отправки. Но иногда возникает необходимость в нескольких таких буферах. Хотя в любой момент времени активным может быть только один буфер отправки, PVM-задача может создавать дополнительные буфера отправки с по м о щ ью функции pvm_mkbuf . Функцию pvm_setsbuf можно использовать для установки в качестве активного буфера одного из буферов отправки, которые были созданы во время работы приложения. Эта функция возвра щ ает идентификатор предыду щ его активного буфера отправки. Функция pvm_setrbuf устанавливает активный буфер прие м а равны м значению bufferid. По м ните, что PVM-функции распаковки работают с активны м буферо м прие м а. Если су щ ествует несколько буферов, функция pvm_setrbuf позволит при м енить теку щ ий буфер д л я использования функция м и распаковки. При успешно м выполнении функция pvm_setrbuf возвра щ ает идентификатор предыду щ его активного буфера. Если идентификатора буфера, переданного функции pmv_setrbuf , не су щ ествует или он оказался недействительны м, функция возвратит одно из следую щ их сооб щ ений об ошибке: PvmBadParam или PvmNoSuchbuf. Функция pvm_mkbuf используется для создания нового буфера сооб щ ений. Пара м етр Code определяет фор м ат данных, которые будут содержаться в это м буфере: XDR, собственный фор м ат компьютера или формат, использую щ ий указатели и размеры. Поэтому пара м етр Code мо-жет содержать одно из трех значений:

PvmDataDefault XDR

PvmDataRaw В зависи м ости от м арки ко м пьютера (без кодирования)

PvmDataInPlace Используются только указатели на данные и их размер

При успешном выполнении функция pvm_mkbuf возвра щ ает идентификатор нового активного буфера, в противном случае — отрицательное значение. Для каждого обра щ ения к функции pvm_mkbuf , если буфер отправки больше не будет нужен, необходи м о вызвать функцию pvm_freebuf , которая освободит память, выделенную функцией pvm_mkbuf . Функцию pvm_freebuf с л едует испо л ьзовать то л ько в случае, когда сооб щ ение уже отправлено и в буфере нет никакой необходимости.

Доступ к стандартному входному потоку (stdin) и стандартному выходному потоку (stdout) со стороны PVM-задач

Среда PVM связывает воедино коллекцию ко м пьютеров и представляет их для програ мм ы в виде одной логической машины с нескольки м и процессора м и. При этом возникают следующие вопросы. Какой ко м пьютер в PVM-среде должен действовать как консоль? Где будут отображаться данные, выводи м ые PVM-задачей в объект cout типа ostream? Если PVM-задача попытается принять данные с клавиатуры, то с какой и м енно клавиатуры она должна их считывать? Выходной поток stdout для каждо г о сыновнего процесса перехватывается и отправляется назначенной PVM-задаче в виде PVM-сооб щ ения. Каждый сыновний процесс наслелует инфор м ацию, которая определяет, какая за д ача д олжна принять д анные, записанные в поток stdout, и как эти д анные д о л жны быть и д ентифицированы. Вхо д ной поток каж д

ого сыновнего процесса связан с устройство м /dev/null. Все, что записано в устройство /dev/null, теряется. Если устройство /dev/null открыто д л я чтения, возвра щ ается эквивалент признака конца файла. Это означает, что ко д сыновних процессов не д олжен соз д аваться в расчете на считывание вхо д ных д анных из стан д артного потока stdin (cin) или назапись выходных д анных в стан д артный поток stdout (cout). При этом потоки stdin и stdout д ля ро д ительской задачи ве д ут себя вполне ожи д аемым образом. PVM-задачи для взаимодействия между собой должны использовать сооб щ ения. Это значит, что входные данные можно принимать из сооб щ ений, каналов, об щ ей (разделяемой) памяти, переменных среды, ар г ументов командной строки или файлов. И точно так же выходные данные можно записывать в сооб щ ения, каналы, общую память и файлы.

Получение доступа к стандартному выходному потоку (cout) из сыновней задачи

Поведение выходных данных, записанных в выходной поток stdout или по м ещенных в объект cout, отличается для различных порожденных PVM-задач. Именно родительский процесс решает, что в конце концов с ними должно произойти. Ко г да выходные данные из порожденно г о потомка поме щ аются в объект cout или cerr, они перехватываются демоном pvmd и упаковываются в стандартные PVM-сообщения, которые отправляются задаче с идентификатором TaskId, заданным родителем. Родительский процесс может связать пару (TaskId, Code) с объектами cout и cerr свое г о сыновне г о процесса. Это реализуется с помо щ ью функции pvm_setopt , которая вызывается перед порождением потомка. Если значение TaskId равно 0, сооб щ ения попадут велу щ ему демону pvmd и будут записаны в е г о журнал ре г истрации ошибок. Порожденный процесс может установить значение переменной TaskId равным 0 или значению, унаследованному от е г о родителя, или собственному значению идентификатора TaskId. Это означает, что именно родительский процесс управляет тем, куда будет записано содержимое объектов cout или cerr. Порожденнал PVM-задача может назначить дру г ие PVM-задачи для получения данных, поме щ енных в объекты cout или cerr. Обычно записью любых важных данных в потоки stdout или stdin управляет порождаю щ ая задача, а всем остальным ведает веду щ ий демон pvmd.

Резюме

Библиотека PVM, отличаю щ аяся большой г ибкостью средств, по д держивает большинство моделей параллельно г о про г раммирования. К достоинствам PVM-среды относится ее способность работать с г етеро г енны м и коллекция м и ко м пьютеров, которые м огут состоять из процессоров, отличаю щ ихся характеристика м и быстродействия, размера м и и архитектурой. По м и м о аппаратной совмести м ости, библиотека PVM прекрасно работает со стандартной С++-библиотекой и систе м ной библиотекой UNIX/Linux. В результате объединения с воз м ожностя м и C++-шаблонов, средств объектно-ориентированно г о про г ра мм ирования и коллекций алгоритмов мо щ ь PVM-среды значительно возрастает. Шаблоны прекрасно вписываются в SPMD-про г ра м мирование. А для расширени я воз м ожностей PVM-среды при испо л ьзовании моде л ей MIMD (MPMD) можно успешно использовать контейнеры и алгоритмы. В г л аве 13 мы подробнее познакомимся со сред _СТв ⁺ * PVM-биб л иотеки и покажем, как ее можно использовать для С++-реализации ^МИ тегии «классной доски». Эта стратегия — один из основных способов решения ⁰ ^ блем параллельного программирования. ^П **°*

Обработка ошибок, исключительных ситуаций и надежность программного обеспечения

Всегда можно изобрести суперсложные модели, чтобы объяснить множество исследуемых фактов, но ученыи, если он не философ, скорее примет самую простую теорию, которая согласуется со всеми имеющимися у негоданными. — Алястер Pu(Alastair Rae), Quantum Physics Illusion or Reality

Одна из главных целей разработки и проектирования программного обеспечения— создать программу, которая бы отвечала требованиям пользователя и работала корректно и надежно. Пользователи требуют от ПО корректности и надежности, независимо от его конкретного назначения. Использование ненадежных программ в любой сфере — финансовой, промышленной, медицинской, научной или военной— может иметь разрушительные последствия. Зависимость людей и механизмов от ПО на всех уровнях нашего общества вынуждает его создателей сделать все возможное, чтобы их детище было надежным, робастным и отказоустойчивым. Эти требования налагают дополнительную ответственность на разработчиков и проектировщиков ПО, которые создают системы, содержащие параллелизм. Программы с параллелизмом или компоненты, которые выполняются в распределенных средах, содержат больше (по сравнению с ПО без параллелизма) программных уровней. Чем больше уровней, тем сложнее управлять таким ПО. Чем выше сложность системы, тем больше изъянов может остаться в ней невыявленными. А чем больше изъянов в ПО, тем выше вероятность того, что оно откажет, причем в самый неподходящий момент.