线程透明的并行函数式编程模型研究与实现

发布时间：2022-12-04 01:59

　　近年来,信息科技领域进入了大数据时代,数据规模激增,这对信息处理能力提出了严峻的考验,并行计算在高性能计算领域得到了广泛的关注和应用。函数式编程无状态、无副作用的特性使其天然地适合应用于并行计算,逐渐得到重视。但现有的并行计算框架普遍存在数据同步成本高、通用性不足等问题,而利用纯函数式编程语言进行并行化移植的成本较高。另一方面,这些函数式编程语言往往需要显式地管理线程,并且对数据级并行支持较差,没有提供并行数据模型。本文尝试建立一个具有高并行性和通用性的函数式编程模型,工作内容主要包括以下几个方面:（1）首先对函数式编程中的函数复合关系进行了树状模型表述,再依此构建了树状任务依赖视图,并在其上建立线程透明的隐式并行计算模型。针对树状任务结构的任务依赖语义,提出任务优先度模型,并在该模型的基础上,提出了任务调度策略和基于任务窃取的负载均衡策略;（2）在上述编程模型的基础上,提出了一种分布式共享内存模型,对分布式内存空间进行了上层抽象,提出了共享参数的函数参数传递方式,并利用函数式编程透明执行和无状态等特性为内存模型设计了输入预读、无锁读写,子集引用等优化策略。（3）针对所设计的编程模型和... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 函数式编程语言及框架研究现状
        1.2.2 并行计算编程模型研究现状
    1.3 论文的主要研究内容
    1.4 论文组织结构
第二章 相关理论与技术基础
    2.1 函数式编程范式
        2.1.1 函数式编程主要特性
        2.1.2 函数式编程中的流程控制
    2.2 多线程技术
        2.2.1 软硬件多线程技术
        2.2.2 进程间通信
        2.2.3 Linux多线程编程
    2.3 分布式计算技术
        2.3.1 负载均衡算法
        2.3.2 分布式共享内存
    2.4 本章小结
第三章 线程透明的函数式编程模型设计
    3.1 并行函数式编程模型原理
        3.1.1 复合与嵌套
        3.1.2 树状函数模型
        3.1.3 嵌套调用
        3.1.4 递归调用
    3.2 任务调度模型
        3.2.1 任务优先度评估模型
        3.2.2 基于任务窃取的负载均衡方案
    3.3 分布式共享内存模型
        3.3.1 基于变量的分布式共享内存结构
        3.3.2 内存模型策略优化
    3.4 本章小结
第四章 模型实现
    4.1 运行时平台实现
        4.1.1 运行时平台总体架构
        4.1.2 通信管理线程
        4.1.3 任务管理
        4.1.4 负载均衡
        4.1.5 内存管理
    4.2 编程接口实现
        4.2.1 函数体定义接口
        4.2.2 共享参数编程接口
    4.3 接口示例
    4.4 本章小结
第五章 模型测试与分析
    5.1 实验设计
        5.1.1 实验平台搭建
        5.1.2 参考对象选择
        5.1.3 测试用例设计
    5.2 性能测试
        5.2.1 执行时间测试
        5.2.2 扩展性测试
    5.3 本章小结
结论和展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]How functional programming mattered[J]. Zhenjiang Hu,John Hughes,Meng Wang.  National Science Review. 2015(03)
[2]浅析基于函数式的编程范式[J]. 胡志英.  数字技术与应用. 2015(03)
[3]多核多线程技术综述[J]. 眭俊华,刘慧娜,王建鑫,秦庆旺.  计算机应用. 2013(S1)
[4]Lisp发展现状及未来展望[J]. 解晨.  电脑知识与技术. 2012(36)

硕士论文
[1]基于优化负载均衡算法的任务调度系统的研究与实现[D]. 朱晨晨.电子科技大学 2014
[2]基于函数式编程语言的设计模式研究[D]. 刘德财.上海师范大学 2016



本文编号：3707394