PVM programok írása

1. PVM programok írása Kozsik Tamás kto@elte.hu http://kto.web.elte.hu/ 2001-2003.

2. PVM - Parallel Virtual Machine • Szoftver rendszer, mellyel hálózatba kapcsolt számítógépeket egyetlen nagy párhuzamos számítógépként lehet látni és kezelni. • Kezdet: 1989 - Oak Ridge National Laboratory • A párhuzamos programok írásának egyik szabványává vált. • A publikus változata ingyen elérhető. • Sok hardver gyártó biztosítja a saját gépére optimalizált, gyorsabb változatát is.

3. Felépítése • A rendszerben vannak programok, amelyek a felhasználó által írt párhuzamos program futtatását biztosítják. • PVM démon • PVM konzol • Vannak C, illetve Fortran77 könyvtárak a párhuzamos programok megírásához.

4. Használata • PVM rendszerbe kapcsolhatunk több - akár különböző típusú - számítógépet. • A rendszer a rajta futó programok szempontjából ezek után egy nagy, elosztott memóriájú virtuális számítógépnek látszik. • Különböző processzorokon, különböző programokat indíthatunk el. • A szinkronizációt és a kommunikációt a PVM könyvtári függvényekkel oldhatjuk meg.

5. A párhuzamos programok • Taszkokból (folyamatokból) épülnek fel • Taszk = UNIX/Windows/… program • A taszkok a pvm könyvtárat használják • C, C++, Fortran77 • A kommunikáció a pvm démonon keresztül történik

6. Működés • Számítógépek hálózatba szervezve • A felhasználó jogosult bármelyik gépre bejelentkezni • Minden gépen futtat egy pvm démont • És futtatja a taszkokat, melyek a démonokon keresztül lépnek egymással kapcsolatba • Egy gépen több taszk is futhat

7. Lehetőségeink • Saját gépünk, akár Linux, akár Windows alatt: elfajuló eset, de fejlesztéshez jó • Egyetemi hálózat: nem javasolt • túl sok erőforrást kötne le • Siva - 16 processzoros „igazi” párhuzamos számítógép: beteges • Grid (-: 40 (28) Linux-os PC hálózatba szervezve: ezen teszteljünk, ezen kell bemutatni

8. Grid • Programozási nyelvek labor (00-803) • nyl01.nylab.inf.elte.hunyl02.nylab.inf.elte.hu…nyl40.nylab.inf.elte.hu • Hálózaton keresztül használható • pandora.inf.elte.hu • jelenleg panda.inf.elte.hu

9. Siva • PowerXplorer, a Parsytech cégtől • 16 db Motorola 601-es PowerPC processzor, plussz 16 db T400-as transputer • Minden node-on 8+1 mega RAM • Az augusta géphez van kötve, onnan használható • 4 dobozból áll, amik közül időnként néhány bekrepál (most 2 doboz megy) • Érdemes kipróbálni... • vlsoft@heureka.inf.elte.hu

11. Saját gép • Viszonylag egyszerűen hazavihető és feltelepíthető • Linux - triviális, Windows picit macerásabb • Fejlesztéshez ez is jó • Egy processzoron/gépen fut minden taszk • Teszteléshez nem elég! • A tesztelés egy része itt is végezhető

12. Az első program • „hello” alkalmazás • Két taszk: hello és hello_other • Két különálló C program, külön-külön lefordítva • A főprogram a hello • Elindítja a hello_other-t a PVM-en keresztül

13. hello.c #include <stdio.h> #include "pvm3.h" int main() { int tid; int num; printf("i'm t%x\n", pvm_mytid()); pvm_spawn( "hello_other", (char**)0, 0, "", 1, &tid); pvm_recv(-1, -1); pvm_upkint(&num,1,1); printf("from t%x: %d\n", tid, num); pvm_exit(); return 0; }

14. hello_other.c #include "pvm3.h" int main() { int tid = pvm_mytid(); int ptid = pvm_parent(); pvm_initsend(PvmDataDefault); pvm_pkint(&tid,1,1); pvm_send(ptid, 1); pvm_exit(); return 0; }

15. Futtatás kto@nyl02:~/pvm3/src/hello0$ pvm pvm> spawn -> hello spawn -> hello [1] 1 successful t40002 pvm> [1:t40002] i'm t40002 [1:t40002] from t40003: 262147 [1:t40003] EOF [1:t40002] EOF [1] finished pvm>

16. Újabb host felvétele a virtuális gépbe pvm> add nyl14 add nyl14 1 successful HOST DTID nyl14 80000 pvm> conf conf 2 hosts, 1 data format HOST DTID ARCH SPEED DSIG nyl02 40000 LINUX 1000 0x00408841 nyl14 80000 LINUX 1000 0x00408841 pvm> spawn -> hello

17. Újabb futtatás conf 2 hosts, 1 data format HOST DTID ARCH SPEED DSIG nyl02 40000 LINUX 1000 0x00408841 nyl14 80000 LINUX 1000 0x00408841 pvm> spawn -> hello spawn -> hello [1] 1 successful t80001 pvm> [1:t40002] EOF [1:t80001] i'm t80001 [1:t80001] from t40002: 262146 [1:t80001] EOF [1] finished pvm>

18. Egy példaprogram megszerzése • Bárki hozzájuthat a hello példaprogramhoza gyakorlat honlapjáról: http://kto.web.elte.hu/oktatas/parhgyak/ • Innen letölthető a forrás és a Makefile.aimk, aminek segítségével le lehet fordítani • Van ott egy másik, ettől picit eltérő hello program is...

19. hello.c #include <stdio.h> #include "pvm3.h" int main() { int cc, tid; char buf[100]; printf("i'm t%x\n", pvm_mytid()); cc = pvm_spawn( "hello_other", (char**)0, 0, "", 1, &tid); if (cc == 1) { cc = pvm_recv(-1, -1); pvm_bufinfo(cc, (int*)0, (int*)0, &tid); pvm_upkstr(buf); printf("from t%x: %s\n", tid, buf); } else printf("can't start hello_other\n"); pvm_exit(); exit(0); }

20. hello_other.c #include "pvm3.h" int main(){ int ptid; char buf[100]; pvm_mytid(); ptid = pvm_parent(); strcpy(buf, "hello, world from other"); pvm_initsend(PvmDataDefault); pvm_pkstr(buf); pvm_send(ptid, 1); pvm_exit(); exit(0); }

21. Makefile.aimk # Makefile for PVM targets […] VPATH = $(SDIR) # it could be modified .... BINS = hello hello_other FILES = *.c *.h Makefile.aimk NAME = hello default: $(BINS) % : %.c $(CC) $(CFLAGS) -o $@ $< […] # user's targets hello: hello.c hello_other: hello_other.c

22. Egyszer kell megcsinálni: pandora:~$ ssh nyl02.nylab kto@nyl02:~$ mkdir pvm3 kto@nyl02:~$ mkdir pvm3/bin kto@nyl02:~$ mkdir pvm3/bin/LINUX kto@nyl02:~$

23. Utána mindig ezt kell csinálni pandora:~$ kauth -f kto@INF.ELTE.HU's Password: pandora:~$ ssh nyl02.nylab kto@nyl02:~$ kauth -f kto@INF.ELTE.HU's Password: kto@nyl02:~$ cd pvm3/src/hello kto@nyl02:~/pvm3/src/hello$ ls Makefile.aimk hello.c hello_other.c kto@nyl02:~/pvm3/src/hello$ aimk making in LINUX/ for LINUX cc -I/usr/lib/pvm3/include -Ddebug -o hello ../hello.c -L/usr/lib/pvm3/lib/LINUX -lpvm3 cc -I/usr/lib/pvm3/include -Ddebug -o hello_other ../hello_other.c -L/usr/lib/pvm3/lib/LINUX -lpvm3 kto@nyl01:~/pvm3/src/hello$

24. Utána mindig ezt kell csinálni (2): kto@nyl01:~/pvm3/src/hello$ ls LINUX Makefile.aimk hello.c hello_other.c kto@nyl01:~/pvm3/src/hello$ ls LINUX hello hello_other kto@nyl01:~/pvm3/src/hello$ aimk links making in LINUX/ for LINUX cd /h/teacher/kto/pvm3/bin/LINUX ln -s /h/teacher/kto/pvm3/src/hello/LINUX/hello hello ln -s /h/teacher/kto/pvm3/src/hello/LINUX/hello_other hello_other kto@nyl01:~/pvm3/src/hello$ ls ~/pvm3/bin/LINUX/ hello hello_other kto@nyl01:~/pvm3/src/hello$ pvm pvm> spawn -> hello

25. Jó tudni • A pandoráról is elérhető az a home-könyvtár, ami a nyelvi labor gépeiről látszik. (A pandáról ez nem feltétlenül működik.)/h/mnt/lovarda/teacher/kto • Ha diák lennék:/h/mnt/lovarda/k/kto

26. PVM indítása • Legegyszerűbb, ha belépünk a PVM-konzol programba, és onnan futtatunk. • Ez automatikusan elindítja a virtuális gépet is, azaz a PVM démont. • Kilépés és a virtuális gép leállítása:halt pvm> halt halt Terminated kto@nyl01:~$

27. PVM démon • A virtuális gép (démon) független a konzoltól, anélkül is elindítható • Könnyű megfelejtkezni róla, és akkor csak eszi az erőforrásokat • Még nagyobb a baj, ha bent ragad a programunk (pl. mert elszállt) • Különösen a Siván, mert ott a gépet tartjuk lekötve, más egyáltalán nem tud dolgozni rajta • Legközelebb el sem indul a pvm démon, leáll hibával

28. Bentragadt PVM program • Figyeljük, hogy minden taszkunk rendesen leállt-e • Ha nem, lőjük ki a bent ragadtakat • Ha a pvm démont nem tudjuk leállítani, lőjük ki azt is • Töröljük le a /tmp/pvm.<id>/sock fájlt kto@nyl01:~$ ls /tmp/pvm.11700/ log sock kto@nyl01:~$ id uid=11700(kto) gid=10713(aszt) groups=10713(aszt) kto@nyl01:~$

29. Bentragadt PVM program • Figyeljük, hogy minden taszkunk rendesen leállt-e • Ha nem, lőjük ki a bent ragadtakat • Ha a pvm démont nem tudjuk leállítani, lőjük ki azt is • Töröljük le a /tmp/pvm.11700/sock fájlt kto@nyl01:~$ ls /tmp/pvm.11700/ log sock kto@nyl01:~$ id uid=11700(kto) gid=10713(aszt) groups=10713(aszt) kto@nyl01:~$

30. Ideiglenes kilépés a konzolból • A quit paranccsal: a démon, azaz a virtuális gép fut tovább pvm> quit quit Console: exit handler called pvmd still running. kto@nyl01:~$

31. Virtuális gép magában • A démon is elindítható magában, konzol nélkül kto@nyl01:~$ pvmd & [1] 627 kto@nyl01:~$ /tmp/filejgp9rM kto@nyl01:~$

32. Ilyenkor leállítás • Visszalépni/belépni a konzolba és onnan halt paranccsal ki. kto@nyl01:~$ pvm pvmd already running. pvm> halt halt Terminated kto@nyl01:~$

33. Legfontosabb PVM függvények pvm_mytid() pvm_parent() pvm_spawn() pvm_exit() pvm_initsend() pvm_pkint() pvm_send() pvm_upkint() pvm_recv() pvm_nrecv() pvm_mcast()

34. Üzenetküldés • initsend, pk*, send • pkint, pkdouble… • Egy üzenetben sok adat is elküldhető • Több pk* hívás lehetséges • Egy pk hívással egy sorozat adatot lehet becsomagolni az üzenetbe (tömb, mátrix egy oszlopa) • Tipikus hiba: egy üzenetet szétdarabolsz

35. Üzenet fejléce • Minden üzenet tartalmaz az adatok mellett egy fejlécet is • Üzenettípusok definiálása • pvm_send(címzett,fejléc); • A fogadásnál kereshetsz az üzenetsorban a küldő és a fejléc alapján

36. Üzenetfogadás • Üzenetsor (postaláda) • Minden folyamatnak van egy üzenetsora • pvm_recv(küldő,fejléc); • A -1 azt jelenti, hogy „bármi” pvm_recv(-1,-1);

37. Az üzenetfogadás fajtái • „Szinkron” • pvm_recv • a fogadó folyamat blokkolódik az üzenet megérkezéséig • „Aszinkron” • pvm_nrecv • non-blocking receive • ha van üzenet, beolvassuk, egyébként skip

38. Multicast • Ha ugyanazt az üzenetet több folyamatnak is el szeretnénk küldeni • pvm_mcast

39. Hasznos parancsok a PVM konzolban • spawn program indítása • add processzorok megfogása • conf megfogott processzorok • ps futó folyamatok • halt leállítás • quit ideiglenes kilépés

40. add, conf (1) kto@nyl01:~$ pvm pvm> conf conf 1 host, 1 data format HOST DTID ARCH SPEED DSIG nyl01 40000 LINUX 1000 0x00408841 pvm>

41. add, conf (2) pvm> add nyl02 add nyl02 1 successful HOST DTID nyl02 80000 pvm> conf conf 2 hosts, 1 data format HOST DTID ARCH SPEED DSIG nyl01 40000 LINUX 1000 0x00408841 nyl02 80000 LINUX 1000 0x00408841 pvm>

42. add, conf (3) pvm> add nyl03 nyl04 nyl05 add nyl03 nyl04 nyl05 3 successful HOST DTID nyl03 c0000 nyl04 100000 nyl05 140000 pvm>

43. add, conf (4) pvm> add nyl12 add nyl12 0 successful HOST DTID nyl12 Can't start pvmd pvm> • Nem felejtetted el a kauth-ot?

44. hosts • Készíthetsz egy fájlt, amiben felsorolod azokat a gépeket, amelyeket meg akarsz fogni • Ezt a fájlt a konzol indításakor kell átadni paraméterként • Nem kell add-dal fogdosni össze a processzorokat

45. hosts példa kto@nyl01:~$ cat hosts nyl01 nyl02 nyl03 kto@nyl01:~$ pvm hosts pvm> conf conf 3 hosts, 1 data format HOST DTID ARCH SPEED DSIG nyl01 40000 LINUX 1000 0x00408841 nyl02 80000 LINUX 1000 0x00408841 nyl03 c0000 LINUX 1000 0x00408841

46. A beadandó programokról... • Sok gépen futtatva kell bemutatni • Sok gépen végzett tesztelést kell dokumentálni • A tesztelésnek az algoritmus műveletigényéről kell szólnia • pl. “n adat n processzoron O(log n) időben” • Példadokumentáció és példaprogramok a gyakorlat honlapján (nem ugyanaz, mint a beadandó feladat!) • Zárthelyi!!!

47. Várható változások • A Grid-es infrastruktúra fejlesztése • Ütemező telepítése

48. Doksik • man pvm_spawn (stb.) • http://www.elte.hu/~szamcsi/ work/pvm/pvm_2_ToC.html • http://www.inf.elte.hu/valerie/doc/pvm • http://www.inf.elte.hu/valerie/shiva • http://people.inf.elte.hu/hz/parh/parhprg.html • http://kto.web.elte.hu/oktatas/parhgyak/