国家高性能计算中心（合肥） 十五 并行程序设计环境与工具

国家高性能计算中心（合肥） 并行程序设计环境与工具  15.1 软件工具与环境  15.2 并行编译器  15.3 并行程序调试  15.4 并行程序性能分析  15.5 图形化并行程序集成开发环境

国家高性能计算中心（合肥） 软件工程与环境  编码工具  编辑器 编译器 连接器和加载器 预处理程序  交叉引用程序 源级查错器 查错辅助程序  软件工程工具  系统构造程序 版本管理程序 设计编辑器  代码产生器 测试辅助程序  集成工具  数据集成 公共前端 控制集成  将来的工具与环境  过程工具 群件工具 可视化工具 程序分析工具

国家高性能计算中心（合肥） 并行程序设计环境与工具  15.1 软件工具与环境  15.2 并行编译器  15.3 并行程序调试  15.4 并行程序性能分析  15.5 图形化并行程序集成开发环境

国家高性能计算中心（合肥） 并行编译器  编译及其并行化  向量化（ SIMDizing ） 并行化（ MIMDizing ）  相关分析  流相关 反相关 输出相关 控制相关  代码优化  代码向量化方法  代码并行化方法  代码生成  中间形式的代码转换成可执行的具体的机器目标代码

国家高性能计算中心（合肥） 并行程序设计环境与工具  15.1 软件工具与环境  15.2 并行编译器  15.3 并行程序调试  15.4 并行程序性能分析  15.5 图形化并行程序集成开发环境

国家高性能计算中心（合肥） 并行程序调试  并行程序调试的方法与步骤  困难：不确定性、探针效应  方法：重放（ Replay ）断点调试（ Breakpoint Debugging ）  步骤： ①先确保串行程序运行正确性；②以单机执行并行程 序确保并行程序的基本正确性；③在②的基础上逐步增大处理 器数以充分证实并行程序的正确性；④逐步增加并行程序中的 并行成分以进一步对并行程序进行性能调试；⑤当出错时要依 次检查数据定义，数据分布和同步机制正确性等。错误原因分 析

国家高性能计算中心（合肥） 并行程序调试  并行程序的调试技术  全局断点、渐增检查点、事件分析、静态分析  ①断点调试包括控制流断点、自陷断点和谓词断点；他的主要 缺点是探针效应。②事态分析法记录运行中事件轨迹信息而事 后加以分析，轨迹信息主要用于阅览和重放。③重放控制程序 再现同步通信次序就可以重放程序运行结果。  并行程序的性能调试  测量、分析（静态、动态）、优化

国家高性能计算中心（合肥） 并行程序设计环境与工具  15.1 软件工具与环境  15.2 并行编译器  15.3 并行程序调试  15.4 并行程序性能分析  15.5 图形化并行程序集成开发环境

国家高性能计算中心（合肥） 并行程序性能分析  并行程序的性能预测  并行程序性能的静态分析又叫性能预测  方法：分析预测（ Analytical Prediction ）、模拟仿真  模拟仿真：并行系统建模 、应用程序建模  性能评估的参数选择  并行程序的性能监控  并行程序性能的动态分析又叫性能监控  工具：联机的、脱机的  时钟驱动监控、事件驱动监控  并行程序的性能可视化  性能可视化：数据生成、数据显示、数据分析与用户交互  用户界面

国家高性能计算中心（合肥） 并行程序性能分析  静态分析：采用模拟或分析方法获取源程序中有关性能参数报告 给用户，是在源程序一级进行的，其优点是可以用较小的时间代 价，针对重要的程序结构做出多种可能的性能选择，缺点是准确 性较差。  动态分析：采用测量的方法收集程序运行中的各种性能参数，即 时或事后报告给用户；性能参数的获取可由硬件和软件提供；其 优点是所提供的数据较准确，缺点是灵活性较差。  性能分析方法：①统计程序各部分执行时间；②分析大计算量的 程序段是计算部分还是通信部分或 I/O 部分，从而找出性能瓶颈； ③根据加速的理论值和实测值，分析计算粒度大小，负载平衡情 况，通信开销和存储访问冲突以及 CACHE 命中率等；④根据效率 和可扩放性分析结构与算法的组合最佳情况等。

国家高性能计算中心（合肥） 并行程序性能分析  可视化定义，目的和概念  定义：科学数据可视化是使用图形方法增强对科学数据的解释和便于 用户直观理解。  目的：为科学数据提供富有表达性的和有效可视的表示概念，方法和 工具等。  基本概念：可视化概念和工具是基于心理学，感知学，计算机图形学， 艺术和绘画等其他学科，其基本过程是由真实现象 → 数字 → 图画 → 目 标表示。  科学数据的特征化  可视元素（ Cues ）：图画的基本要素，例如空间位置和运动，长度、 深度、面、体、厚度，角度、斜率取向，密度和颜色、对比度等。  定量表示：点数据集的可视化用散布图 (Scatter plots) 和图示符 (Glyphs) 表示；连续函数用标量表示，矢量用长度和方向表示； n 维张量场用 主方向和绝对值表示。

国家高性能计算中心（合肥） 并行程序性能分析  可视化技术  散布图（ Scatter plots ）：点数据用 (X i, Y i ) 表示。  图示符（ Glyphs ）：表示复数集合。  直方图或饼图：前者用矩形面积表示专门含义；后者表示部分 与总体的比例关系。  等值线（ ISO-line ）与等值面（ ISO-Surface ）：前者对于二维 数据集，恒值线上的点具有相同值；后者对于三维数据集，等 值面上的数值都相同。  图像显示：对于二维数据可选用不同的数值、灰度和颜色等。  射线跟踪：为了显示体内元素值，用光线跟踪将三维中的体元 素（ Voxel ）投影到二维上。  动画：使用动画连续移动画面产生明显动感。

国家高性能计算中心（合肥） 并行程序设计环境与工具  15.1 软件工具与环境  15.2 并行编译器  15.3 并行程序调试  15.4 并行程序性能分析  15.5 图形化并行程序集成开发环境

国家高性能计算中心（合肥） 图形化并行程序集成开发环境  图形化的并行程序开发方法  基本思路：用节点表示计算，用弧表示计算之间的交互，采用 统一图形用户界面，将并行程序的设计、编辑、编译连接、调 试和性能分析等工具集成起来，力图实现并行程序开发各阶段 的可视化。  基本组成：至少包括：①可视化的程序设计工具；②可视化的 模拟系统 ；③可视化的程序调试和行为分析工具。  基本流程： ①用图形语言编辑器设计和构造用图形编程语言 书写的并行程序； ②用预编译器产生 C 源代码， MAKE 文件和 交叉引用文件； ③由生成器连接有关库函数生成可执行文件； ④可执行代码以调试或跟踪模式加载到处理器上执行。

国家高性能计算中心（合肥） 图形化并行程序集成开发环境  并行程序的可视化设计环境与工具  并行程序集成开发环境 GRADE 的组成  图形应用开发环境 GRADE （ GRaphical Application Development Environment ）  GRADE 中开发并行程序的过程  并行程序设计  映射  预编译  编译  调试  性能分析

国家高性能计算中心（合肥）