Nom: INF5171 Programmation concurrente et parallèle Examen nal (Automne 2012) Code permanent: Total /10 /10 /10 /10 /10 /50 XXX XXX XXX
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- Thérèse Jolicoeur
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1 Examen nal 1 INF5171 Programmation concurrente et parallèle Examen nal (Automne 2012) Durée: 13h30 16h30 Documentation : Documentation personnelle (papier) autorisée. Nom: Code permanent: Total /10 /10 /10 /10 /10 /50 XXX XXX XXX L'examen comporte cinq (5) questions. Certaines d'entre elles comportent des points bonus (maximum 8 points).
2 Examen nal 2 1. Manipulation de polynômes en OpenMP/C (10 pts) On veut dénir des opérations pour des polynômes en OpenMP/C. La signature des opérations du chier polynomes.h et certaines macros et fonctions du chier polynomes.c sont présentées dans l'extrait de code C 1. /////////////////////////////////////////////// // Fichier polynomes.h /////////////////////////////////////////////// typedef struct { int degre; int* coefficients; Polynome; Polynome polynome( int degre, int coefficients[] ); Polynome fois( Polynome p1, Polynome p2 ); bool egaux( Polynome p1, Polynome p2 ); /////////////////////////////////////////////// // Fichier polynomes.c (extraits) /////////////////////////////////////////////// #include "polynomes.h" // Macros et fonctions auxiliaires. #define MIN( x, y ) ((x) < (y)? (x) : (y)) #define MAX( x, y ) ((x) > (y)? (x) : (y)) static Polynome allouer( int degre ) { Polynome p; p.degre = degre; p.coefficients = (int*) malloc( (degre+1) * sizeof(int) ); return( p ); Extrait de code C 1: Fichier polynomes.h et extraits du chier polynomes.c. Complétez la mise en oeuvre des opérations présentées à la page suivante de façon à les rendre les plus parallèles et ecaces possible. Pour la distribution des itérations entre les threads, vous devez spécier la valeur pour schedule qui vous semble la plus appropriée. Rappel : La syntaxe pour schedule est la suivante, où chunk est un entier (optionnel) supérieur ou égal à 1 : #omp for... schedule( static [,chunk] ) #omp for... schedule( dynamic [,chunk] ) Vous pouvez aussi supposer que la variable d'environnement OMP_NESTED est égale à TRUE.
![h /////////////////////////////////////////////// typedef struct { int degre; int* coefficients; Polynome; Polynome polynome( int degre, int coefficients[] ); Polynome fois( Polynome p1, Polynome p2](/docs-images/47/9736459/images/page_2.jpg "); bool egaux( Polynome p1, Polynome p2 ); /////////////////////////////////////////////// // Fichier polynomes.c (extraits) /////////////////////////////////////////////// #include \"polynomes.")
3 Examen nal 3 Polynome polynome( int degre, int coefficients[] ) { Polynome p = allouer(degre); for( int i = 0; i <= degre; i++ ) { p.coefficients[i] = coefficients[i]; return( p ); static int coefficient( int i, Polynome p1, Polynome p2 ) { int expminr1 = MAX( 0, i-p2.degre ); int expmaxr1 = MIN( i, p1.degre ); int c = 0; for( int k = expminr1; k <= expmaxr1; k++ ) { c += p1.coefficients[k] * p2.coefficients[i-k]; return( c ); Polynome fois( Polynome p1, Polynome p2 ) { Polynome p = allouer( p1.degre + p2.degre ); for( int i = 0; i <= p.degre; i++ ) { p.coefficients[i] = coefficient( i, p1, p2 ); return( p );
![degre ); int expmaxr1 = MIN( i, p1.degre ); int c = 0; for( int k = expminr1; k <= expmaxr1; k++ ) { c += p1.coefficients[k] * p2.](/docs-images/47/9736459/images/page_3.jpg "coefficients[i-k]; return( c ); Polynome fois( Polynome p1, Polynome p2 ) { Polynome p = allouer( p1.degre + p2.degre ); for( int i = 0; i <= p.")
4 Examen nal 4 2. Programme Java mystere (10 pts) Le Programme Java 1 présente une méthode mystere utilisant des threads. public static int mystere( final int elems[], final int x, final int nbthreads ) { final int res[] = new int[nbthreads]; Thread ts[] = new Thread[nbThreads]; for ( int i = 0; i < nbthreads; i++ ) { final int fi = i; ts[i] = new Thread( new Runnable() { public void run() { int r = 0; for( int j = fi; j < elems.length; j += nbthreads ) { if ( elems[j] <= x ) { r += elems[j]; res[fi] = r; ); ts[i].start(); int r = 0; for ( int i = 0; i < nbthreads; i++ ) { try { ts[i].join(); r += res[i]; catch( Exception ie ){ return r; Programme Java 1: Une méthode Java mystere. Soit le segment de code suivant qui comporte un appel à la méthode mystere : int r = mystere( new int[]{ 20, 90, 20, 30, 50, 80, 40, 90, 50, 60, 43, 3 ); System.out.println( "r = " + r );
![final int fi = i; ts[i] = new Thread( new Runnable() { public void run() { int r = 0; for( int j = fi; j < elems.length; j += nbthreads ) { if ( elems[j] <= x ) { r += elems[j]; res[fi] = r; ); ts[i].](/docs-images/47/9736459/images/page_4.jpg "start(); int r = 0; for ( int i = 0; i < nbthreads; i++ ) { try { ts[i].join(); r += res[i]; catch( Exception ie ){ return r; Programme Java 1: Une méthode Java mystere.")
5 Examen nal 5 a. Qu'est-ce qui sera imprimé par le segment de code de la page précédente? b. De façon plus générale, décrivez ce que fait la procédure mystere (QUOI?)? c. Expliquez brièvement de quelle façon (COMMENT?) fonctionne cette procédure. Plus spéciquement, décrivez quelle stratégie de programmation parallèle (vue en cours) est utilisée?
6 Examen nal 6 3. Mise en oeuvre parallèle de l'opération detect (Java) (10 pts) On a vu en cours comment une approche Map/Reduce pouvait être réalisée en Java, et ce pour une classe MRArray<T> permettant de manipuler des collections d'éléments dénies avec un tableau simple, classe qui mettait en oeuvre l'interface CollectionMapReduce<T>. On veut ajouter une autre opération à l'interface CollectionMapReduce : /** detect: Retourne un element de la collection qui satisfait le predicat. * Retourne null si aucun element ne le satisfait. * p Predicat de selection */ T detect( Fonction<T,Boolean> p ); Rappelons la dénition de l'interface Fonction : interface Fonction<T,R> { R appliquer( T e ); Complétez le code Java (page suivante) pour mettre en oeuvre, de façon parallèle, la fonction detect. Contrainte de mise en oeuvre : Cette mise en oeuvre parallèle doit être une version à granularité (très!) ne donc pas besoin de travailler avec des tranches de tableau. Remarque : La fonction detect peut très bien retourner le premier élément (dans l'ordre des indices) qui satisfait la condition décrite par le prédicat p. Une fois cette valeur trouvée, on peut alors terminer l'exécution des threads encore actifs en utilisant la méthode shutdownnow() inutile de poursuivre leur exécution, puisqu'une valeur a été trouvée!
7 Examen nal 7 import java.util.concurrent.*; public class MRArray<T> implements CollectionMapReduce<T> { private T[] elems; MRArray( T elems[] ) { this.elems = public T detect( final Fonction<T,Boolean> p ) {
![{ private T[] elems; MRArray( T elems[] ) { this.](/docs-images/47/9736459/images/page_7.jpg "elems = elems; @SuppressWarnings(\"unchecked\") public T")
8 Examen nal 8 4. Sémaphores (MPD) (10 pts) Soit le programme MPD suivant, qui utilise des sémaphores. resource R() int x = 10; sem s1 = 1, s2 = 0, s3 = 0; process proc1 { P(s2); P(s3); P(s1); x = 2 * x; V(s1); V(s2); V(s3) process proc2 { P(s1); x = x + 1; V(s1); V(s2); process proc3 { P(s1); x = x - 1; V(s1); V(s3); process proc4 { P(s2); P(s3); P(s1); x = x + 3; V(s1); V(s2); V(s3) final { printf( "x = %d\n", x ); end a. Pour chacun des sémaphores s1, s2 et s3, indiquez de quel type de sémaphore il s'agit (binaire/généralisé, exclusion mutuelle/signalisation?). s1 : s2 : s3 : b. Indiquez quelles sont les sorties qui peuvent être imprimées par ce programme? Si un interblocage (deadlock) est possible, indiquez-le aussi. c. Est-ce que ce programme fonctionnerait quand même correctement si, dans le processus proc4, on intervertissait les deux appels à P c'est-à-dire P(s2); P(s3) devient P(s3); P(s2)? Justiez brièvement votre réponse.
9 Examen nal 9 Bonus (5 pts) Réécrivez le code MPD de la page précédente de façon à ce qu'il ait un comportement équivalent, mais ce sans utiliser de sémaphores. Plus précisément, vous devez remplacer la clause final par un process proc5 et vous devez utiliser des instructions < await(...)...>. Vous pouvez évidemment introduire des variables auxiliaires autres que des sémaphores. Revoici le code du programme initial (pour éviter de retourner à la page précédente) : int x = 10; sem s1 = 1, s2 = 0, s3 = 0; process proc1 { P(s2); P(s3); P(s1); x = 2 * x; V(s1); V(s2); V(s3) process proc2 { P(s1); x = x + 1; V(s1); V(s2); process proc3 { P(s1); x = x - 1; V(s1); V(s3); process proc4 { P(s2); P(s3); P(s1); x = x + 3; V(s1); V(s2); V(s3) final { printf( "x = %d\n", x );
10 Examen nal Opération pour recueillir les éléments d'un tableau (pseudo-mpd) (10 pts) Les langages fondés sur le modèle SPMD (Single Program Multiple Data) fournissent de nombreuses opérations collectives de communication et synchronisation : barrière, réduction, diusion, etc. Ces instructions... servent de point de synchronisation un thread qui exécute l'opération bloque jusqu'à ce que tous les autres threads aient aussi exécuté cette opération ; servent aux divers threads à échanger de l'information. Une opération typique est gather qu'on peut traduire par recueillir où l'un des threads, la destination, cherche à recueillir les éléments d'un tableau lesquels sont répartis entre divers threads. Pour simplier, on va supposer que le nombre d'éléments à recueillir, donc la taille du tableau, est égal au nombre de threads (y compris la destination). Donc, chaque thread fournit un unique élément, y compris le thread destination. On va aussi supposer que chaque thread est identié par un numéro unique compris entre 1 et nbthreads et que les bornes du tableau à recueillir sont elles aussi comprises entre ces bornes. Après l'appel à gather, le thread destination aura donc reçu dans le tableau l'élément de chaque thread dont l'index correspond au numéro du thread. La signature d'un moniteur pseudo-mpd exportant une telle opération est comme suit: monitor Gather op gather( int numthread, int dest, int valeur, ptr [*]int a ) body Gather( int nbthreads ) Plus précisément, cette ressource/opération s'utilise de la façon suivante : L'argument nbthreads du constructeur indique le nombre de threads qui seront impliqués dans l'utilisation de l'opération gather. Un appel à gather se fait en spéciant quatre (4) arguments : numthread : Le numéro du thread appelant. destination : Le numéro du thread qui recueille les divers éléments et les met dans son tableau. valeur : La valeur à transmettre. a : Un pointeur vers le tableau qui contiendra les divers éléments, tableau signicatif uniquement pour le thread destination. Les threads autres que destination doivent simplement utiliser la valeur null. Tant que tous les threads n'ont pas eectué l'appel à gather, aucun résultat n'est retourné au thread destinataire et tous les threads appelants sont bloqués. Donc, les nbthreads-1 premiers threads qui appellent gather bloquent. Lorsque les nbthreads threads ont eectué leur appel à gather, les éléments reçus sont copiés dans le tableau a par le thread destination. (Les diverses valeurs reçues doivent évidemment être copiées dans un tableau temporaire lors de l'arrivée d'un thread.) Ensuite, tous les threads peuvent poursuivent leur exécution.
11 Examen nal 11 Le programme MPD 1 présente un exemple d'utilisation. Le résultat produit par l'exécution de ce programme avec NB_THREADS=10 et DEST=8 est présenté à la Figure 1. procedure imprimer( int a[*] ) {... const int NB_THREADS = 10; const int DEST = 8; cap Gather g = create Gather( NB_THREADS ); process p[numthread = 1 to NB_THREADS] { int a[nb_threads]; if ( numthread == DEST ) { g.gather( numthread, DEST, ); printf( "Thread %d: a = ", numthread ); imprimer( a ); else { g.gather( numthread, DEST, 10*numThread, null ); # Remarque: L'operateur '@' permet d'obtenir l'adresse d'une variable. # Cet operateur retourne donc une valeur de type ptr! Programme MPD 1: Un petit programme (pseudo-mpd) utilisant le moniteur permettant de recueillir les éléments d'un tableau d'entiers avec gather. % a.out Thread 8: a = [ ] Figure 1: Trace d'exécution pour le programme MPD 1. Écrivez (en pseudo-mpd) un moniteur permettant de réaliser une telle opération gather, et ce en utilisant la propriété d'exclusion mutuelle implicite d'un tel monitor et une ou plusieurs variables de condition (de type cond). Attention : Pour simplier le problème, il n'est pas nécessaire que cette opération soit réutilisable donc c'est correct si c'est une one-shot barrier, ne pouvant pas être utilisée de façon répétitive dans une boucle. Bonus (3 pts) : Un bonus sera accordé si une erreur d'exécution (par ex., avec assert) est signalée si tous les threads n'indiquent pas la même valeur pour destination et si les numéros de thread ne sont pas uniques.
![.. const int NB_THREADS = 10; const int DEST = 8; cap Gather g = create Gather( NB_THREADS ); process p[numthread = 1 to NB_THREADS] { int a[nb_threads]; if ( numthread == DEST ) { g.](/docs-images/47/9736459/images/page_11.jpg "gather( numthread, DEST, 10*numThread, @a ); printf( \"Thread %d: a = \", numthread ); imprimer( a ); else { g.")
12 Examen nal 12 monitor Gather op gather( int numthread, int dest, int valeur, ptr [*]int a ) body Gather( int nbthreads ) proc gather( numthread, dest, valeur, a ) { end
![[*]int a ) body Gather( int nbthreads )](/docs-images/47/9736459/images/page_12.jpg "proc gather( numthread, dest, valeur, a )")
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