Узагальнено новітній досвід застосування формальних та адаптивних методів для автоматизації конструювання високопродуктивних паралельних програм. Викладено основи алгебричного програмування, алгебри алгоритмів та інших формальних моделей паралельних програм, важливих для автоматизованого розроблення програмного забезпечення мультипроцесорних обчислювальних систем. Проаналізовано ефективність використання координаційних засобів і моделей для досягнення високих показників продуктивності паралельних програм, зокрема засобів адаптації та самоналаштування програм на цільову платформу паралельних обчислень. Розглянуто інструментальні засоби на підтримку розроблених моделей і методів для створення високопродуктивного паралельного програмного забезпечення. Наведено результати використання цих засобів як для вирішення фундаментальних проблем комп'ютерної науки, так і в технології програмування прикладних задач.

Викладено огляд результатів, отриманих із застосуванням алгебри алгоритміки та засобів автоматизації розроблення програм для мультипроцесорних платформ. Алгоритміка базується на теорії алгебр алгоритмів та орієнтована на розв'язання широкого кола прикладних задач і розроблення інструментарію для автоматизованого проєктування та синтезу класів алгоритмів і програм. Загальність алгоритміки базується на різноманітності інтерпретацій схем алгоритмів і забезпечує можливості застосування алгоритміки та її засобів для розв'язування задач із різних предметних галузей. Поєднання алгоритміки та техніки правил переписування надало змогу розробити методи та засоби, орієнтовані на автоматизоване проєктування, перетворення, синтез і налаштовування програм для різноманітних платформ (багатоядерні процесори, графічні прискорювачі, програмовані логічні інтегральні схеми).

Висвітлено теоретичні та практичні аспекти підготовки фахівців у галузі інформаційних технологій за сучасних умов. Розглянуто інтеграційні підходи до вивчення математичної логіки, програмування та споріднених до них дисциплін, які викладаються на кафедрі теорії та технології програмування Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Зібрано задачі, що описують базові методи розрахунку елементів конструкцій згідно до сучасних підходів опору матеріалів. Розглянуто геометричні характеристики поперечних перерізів, прості деформовані стани стержнів, напружено-деформований стан в точці, складний опір, статично-невизначувані системи, стійкість гнучких стержнів, динамічні навантаження, розрахунок кривих брусів, резервуарів, олімпіадні задачі з опору матеріалів. До більшості задач дано розв’язки. Викладено розрахунок елементів з’єднання, задачі до теми зсув, зріз, зминання.

Запропоновано підхід до перевірки коректності оптимізаційних перетворень паралельних програм, що виконуються автотьюнером. Автотьюнер розглянyто як еволюційна дискретна динамічна система й перевірка коректності зводиться до перевірки властивості еквівалентності за результатом представлень вихідної і оптимізованої версій програм у формальній моделі автотьюнінгу. Цю перевірку у часткових випадках можна виконати автоматично за вихідним кодом за допомогою техніки переписувальних правил.

Аатотюнінг для складних і нетривіальних програмних систем зазвичай вимагає багато часу внаслідок емпіричного оцінюва великої множини варіантів значень параметрів вхідної паралельної програми у цільовому середовищі виконання. У роботі запропоновано вдосконалення методу автотюнінгу на основі використання статистичного моделювання та нейромереж алгоритмів, що надає змогу суттєво звузити простір можливих значень параметрів, що аналізуються. Застосування підходу продемонстровано на прикладі автотюнінгу паралельної програми сортування, яка комбінує декілька методів сортування, на основі автоматичного навчання нейромережевої моделі на результатах "традиційних" циклів тюнінгу з подальшою заміною частини запусків автотюнера оцінкою зі статистичної моделі.

Наведено аналітичну модель методу автоматичного налаштування паралельних програм (автотьюнінгу). Описано програмну реалізацію цієї моделі за основою формальних перетворень програм і використання експертних даних як основи процесу оптимізації з подальшим аналізом одержаних результатів системою IBM Watsons Analytics. Наведено результати практичного експерименту, які підтверджують ефективність використовуваного підходу у разі оптимізації паралельних програм.

Присвячено розробці методів і моделей для автоматизації оптимізації програм у сучасних паралельних платформах. Розроблені методи формалізовано у побудованих моделях автотюнінга. Ефективність методів пояснюється й аналізується у моделі PRAM* – запропонованому розширенні класичної моделі додатковим рівнем пам'яті. Коректність методів доводиться у термінах дискретних динамічних систем. Для цього було побудовано алгебро-динамічну модель автотюнінгу для мультипроцесорних платформ. Також створено програмну реалізацію усіх запропонованих методів автотюнінга, що не залежить від предметної області задачі й операційної системи обчислювального середовища. Система автотюнінга базується на системі правил переписування й орієнтована в першу чергу на програмні додатки на мові Java. Загалом запропоноване рішення підходить для будь-якої імперативної мови програмування. Розроблені засоби було застосовано для оптимізації складних обчислювальних задач, в результаті досягнуто значні показники їх ефективності

Індекс рубрикатора НБУВ: В654.14 я9 + О687 я9

Рубрики:

Марс	Польоти на планети

Шифр НБУВ: ВА819154 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Автотьюнінг програм - це метод самоналаштування внутрішніх параметрів програми, що мають вплив на її швидкодію, з метою досягнення найвищих показників продуктивності, проте він може вимагати багато часу на випробування. Запропоновано вдосконалення методу автотьюнінгу програм з використанням нейромережевих алгоритмів та статистичного моделювання. Автоматичне навчання моделі програми на результатах "традиційних" циклів тьюнінгу з подальшою підміною частини запусків автотьюнера оцінкою з апроксимаційної моделі надає змоу значно прискорити пошук оптимального варіанта програми.

Наведено огляд результатів розробки формальних та адаптивних методів і програмних засобів, досягнутих за останні роки в Інституті програмних систем НАН України, що грунтуються на алгебро-алгоритмічному підході та техніці переписувальних правил. Методи призначені для автоматизації проектування, генерації та перетворень паралельних програм для широкого діапазону мультипроцесорних обчислювальних платформ і знаходять застосування для різних прикладних областей, зокрема, для ефективної реалізації задач метеорологічного прогнозування.

Розроблено засіб автоматизованого конструювання паралельного коду для середовища OpenMP на основі високорівневих алгебро-алгоритмічних специфікацій. Застосування засобу демонструється на прикладі завдання моделювання циркуляції атмосфери, що представлений як сервіс у складі Інтернет-порталу з надання послуг метеопрогнозу. Здійснено генерацію програмного коду та наведено результати експерименту з виконання розробленої паралельної програми прогнозування на мультипроцесорній платформі.

Розроблено модифікацію відомого методу самоналаштування (автотьюнінгу) програм з використанням статистичного моделювання з метою звуження простору пошуку оптимального варіанта програми. Запропонований метод застосовано до оптимізації паралельного гібридного алгоритму сортування. Наведено результати практичного експерименту на мультипроцесорній системі.

Розглянуто питання створення Інтернет-порталу для надання сервісів метеорологічного прогнозування на основі паралельної реалізації задач моделювання циркуляції атмосфери на мультипроцесорній платформі. Розглянуто особливості портальної системи, описано використані алгоритми та методи, а також архітектурні аспекти комплексного вирішення проблеми.

Досліджено ігрову модель взаємодії користувачів, що виконують паралельні обчислення у гетерогенній багатопроцесорній системі. Запропонований підхід моделювання застосовується до задачі множення матриць з планувальником мін-мін. Дією користувачів у цьому випадку є розмір блоку, на яку розрізається матриця. Експериментально одержані характеристики системи були використані для налаштування імітаційної моделі, що дозволило виконати оцінювання часу завершення роботи для всіх можливих комбінацій розбиття задач по процесорах та побудувати поверхню залежності часу закінчення роботи для кожного користувача. Одержані результати обгрунтовано і узагальнено на базі ігрового підходу, зокрема, показано існування точки рівноваги Неша для взаємодії двох користувачів та знайдено умови її Парето неефективності.

Наведено обгрунтування для вибору схеми снігових навантажень під час проектування сталевих решітчастих конструкції на плоских покрівлях. На базі основних положень ДБН одержано схему снігового навантаження. Проведено числові дослідження для обгрунтування достовірності результатів.

Розглянуто застосування техніки автотьюнінгу та розширення картографічного інструментарію Google Maps для комплексного розв'язання задачі короткотермінового моделювання циркуляції атмосфери. Наведено числові показники швидкодії розробленого паралельного алгоритму.

Запропоновано програмні засоби для автоматичного створення автотюнерів - програмних застосунків для оптимізації виконання прикладних паралельних програм у цільовому обчислювальному середовищі.

Розглянуто модель керування ресурсами в однорідному багатопроцесорному середовищі. Запропоновано підхід на базі потокових моделей, який дозволяє одержати оптимальне у сенсі швидкодії керування. Одержано аналітичний вид часу закінчення роботи залежно від параметрів розпаралелювання. Результати проілюстровано на відомому прикладі множення матриць. Виконано експериментальне підтвердження теоретичних моделей.

Розглянуто функції патентного відомства та його закладу експертизи у контексті державного регулювання інноваційної діяльності. Підкреслено, що до видачі охоронного документа цими функціями є винятково забезпечення набуття прав на об'єкти інтелектуальної власності, а після видачі - сприяння в їх комерціалізації.