PVM (параллельная виртуальная машина) - это побочный продукт продвижения гетерогенных сетевых исследовательских проектов, распространяемый авторами и институтами, в которых они работают. Общими целями этого проекта являются исследование проблематики и разработка решений в области гетерогенных параллельных вычислений. PVM представляет собой набор программных средств и библиотек, которые эмулируют общецелевые, гибкие гетерогенные вычислительные структуры для параллелизма во взаимосвязанных компьютерах с различными архитектурами. Главной же целью системы PVM является обеспечение возможности совместного использования группы компьютеров совместно для взаимосвязанных или параллельных вычислений. Вкратце, основные постулаты, взятые за основу для PVM, следующие:
Вторая часть системы - это библиотека подпрограмм интерфейса PVM. Она содержит функционально полный набор примитивов, которые необходимы для взаимодействия между задачами приложения. Эта библиотека содержит вызываемые пользователем подпрограммы для обмена сообщениями, порождения процессов, координирования задач и модификации виртуальной машины.
Вычислительная модель PVM базируется на предположении, что приложение состоит из нескольких задач. Каждая задача ответственна за часть вычислительной нагрузки приложения. Иногда приложение распараллеливается по функциональному принципу, т. е. каждая задача выполняет свою функцию, например: ввод, порождение, счет, вывод, отображение. Такой процесс часто определяют как функциональный параллелизм. Более часто встречается метод параллелизма приложений, называемый параллелизмом обработки данных. В этом случае все задачи одинаковы, но каждая из них имеет доступ и оперирует только небольшой частью общих данных. Схожая ситуация в вычислительной модели ОКМД (одна команда, множество данных). PVM поддерживает любой из перечисленных методов отдельно или в комплексе. В зависимости от функций задачи могут выполняться параллельно и нуждаться в синхронизации или обмене данными, хотя это происходит не во всех случаях. Диаграмма вычислительной модели PVM показана на рис. 8, а архитектурный вид системы PVM, с выделением гетерогенности вычислительных платформ, поддерживаемых PVM, показан на рис. 9.
В настоящее время PVM поддерживает языки программирования C, C++ и Фортран. Этот набор языковых интерфейсов взят за основу в связи с тем, что преобладающее большинство целевых приложений написаны на C и Фортран, но наблюдается и тенденция экспериментирования с объектно - ориентированными языками и методологиями.
Привязка языков C и C++ к пользовательскому интерфейсу PVM реализована в виде функций, следующих общепринятым подходам, используемым большинством C-систем, включая UNIX - подобные операционные системы. Уточним, что аргументы функции - это комбинация числовых параметров и указателей , а выходные значения отражают результат работы вызова. В дополнение к этому используются макроопределения для системных констант и такие глобальные переменные, как errno и pvm_errno, которые служат для точного определения результата в числе возможных. Прикладные программы, написанные на C и C++, получают доступ к функциям библиотеки PVM путем прилинковки к ним архивной библиотеки (libpvm3.a)как часть стандартного дистрибутива.
Привязка к языку Фортрана реализована скорее в виде подпрограмм, чем в виде функций. Такой подход применен по той причине, что некоторые компиляторы для поддерживаемых архитектур не смогли бы достоверно реализовать интерфейс между C- и Фортран-функциями. Непосредственным следствием из этого является то, что для каждого вызова библиотеки PVM вводится дополнительный аргумент - для возвращения результирующего статуса в вызвавшую его программу. Также унифицированы библиотечные подпрограммы для размещения введенных данных в буферы сообщения и их восстановления, они имеют дополнительный параметр для отображения типа данных. Кроме этих различий (и разницы в стандартных префиксах при именовании: pvm_ - для C и pvmf_ - для Фортран), возможно взаимодействие ``друг с другом'' между двумя языковыми привязками. Интерфейсы PVM на Фортране реализованы в виде библиотечных надстроек, которые в свою очередь, после разбора и/или определения состава аргументов, вызывают нужные C-подпрограммы. Так, Фортран-приложения требуют прилинковки библиотеки-надстройки (libfpvm3.a) в дополнение к C-библиотеке.
![\includegraphics[scale=0.55]{pic21.eps}](img62.png)
Все задачи PVM идентифицируются посредством целочисленного ``идентификатора задачи'' (task identifier - TID). Сообщения передаются и принимаются с помощью идентификаторов задач. Поэтому эти идентификаторы должны быть уникальными в пределах внутренней виртуальной машины, что поддерживается локальным pvmd и поэтому прозрачно для пользователя. Хотя PVM кодирует информацию в каждом TID, пользователь склонен трактовать идентификаторы задач как скрытые целочисленные идентификаторы. PVM содержит несколько подпрограмм, которые возвращают значения в TID, тем самым давая возможность пользовательскому приложению идентифицировать другие задачи в системе.
Существуют приложения, при рассмотрении которых естественно подумать о ``группе задач'', а также случаи, когда пользователю было бы удобно определять свои задачи по номерам: 0 - (p-1), где p - количество задач. PVM поддерживает концепцию именуемых пользователем групп. При этом задача находится в группе и ей присвоен ``случайный'' номер в этой группе. Случайные номера стартуют с 0. В соответствии с философией PVM, групповые функции разрабатываются таким образом, чтобы они были очень обобщенными и понятными для пользователя. Например, любая задача PVM может войти в состав любой группы или покинуть ее в произвольный момент времени, не информируя об этом каждую задачу в данной группе. Кроме того, группы могут перекрываться, а задачи могут рассылать широковещательные сообщения, адресованные тем группам, в которых они не состоят. Для использования любой из групповых функций к программе должна быть прилинкована libgpvm3.a.
Общая парадигма для программирования приложений с помощью PVM описана ниже. Пользователь пишет одну либо несколько последовательных программ на C, C++ или Фортран 77, в которые встроены вызовы библиотеки PVM. Каждая программа порождает задачу, реализующую приложение. Эти программы компилируются по правилам каждой архитектуры в пуле хостов, и в результате получаются объектные файлы, помещаемые по местам, доступным на машинах в пуле хостов. Для выполнения приложения пользователь обычно запускает одну копию задачи (обычно это ``ведущая'' или ``инициирующая'' задача) вручную на машине из пула хостов. Этот процесс последовательно порождает другие задачи PVM; в конечном счете получается группа активных задач, оперирующих локально и обменивающихся сообщениями друг с другом для решения проблемы. Обратите внимание на то, что выше приведен типичный сценарий, но вручную можно запускать столько задач, сколько нужно. Как уже упоминалось, задачи взаимодействуют путем прямого обмена сообщениями с идентификацией определенными системой, скрытыми TID.
![\includegraphics[scale=0.6]{pic22.eps}](img63.png)
Ниже приведена программа PVM hello - простой пример, который иллюстрирует базовую концепцию программирования PVM. Эта программа рассматривается как запускаемая вручную; после вывода на экран своего идентификатора задачи (полученного с помощью pvm_mytid()) она порождает копию другой программы под названием hello_other, используя функцию pvm_spawn(). Успешное порождение заставляет программу выполнить блокирующий прием с помощью pvm_recv(). После приема сообщения программа выводит на экран сообщение, посланное ей абонентом - так же как и свой идентификатор задачи; содержимое буфера извлекается из сообщения применением pvm_upsksrt(). Заключительный вызов pvm_exit ``выводит'' программу из системы PVM:
main()
{
int cc, tid, msgtag;
char buf[100];
printf("Это программа t%x\n", pvm_mytid());
cc = pvm_spawn("hello_other", (char**)0, 0, "",
1, &tid);
if (cc == 1) {
msgtag = 1;
pvm_recv(tid, msgtag);
pvm_upkstr(buf);
printf("Вывод из t%x: %s\n", tid, buf);
} else
printf("Невозможно запустить hello_other\n");
pvm_exit();
}
main()
{
int ptid, msgtag;
char buf[100];
ptid = pvm_parent();
strcopy(buf, "hello, world from");
msgtag = 1;
gethostname(buf + strlen(buf), 64);
msgtag = 1;
pvm_initsend(PvmDataDefault);
pvm_pkstr(buf);
pvm_send(ptid, msgtag);
pvm_exit();
}