Камерон Хьюз - Параллельное и распределенное программирование на С++

Этот тип полиморфиз м а полезен при реализации MPI-програ мм, которые используют модель MPMD. Если MPI-задачи работают с указател ям и на базовые классы, то полиморфиз м позволяет MPI-классу также работать с любы м и класса м и, производными от не г о. Предположи м, что в м есто объявления с указателе м функция travel ()(см. листин г 9.4) имела бы такое объявление: void travel(vehicle Transport);

В этом случае при обра щ ении к функциям startEngine (), moveForward() и прочим вызывались бы м етоды, принадлежа щ ие только классу vehicle, и обращение к производным классам было пробле м атичны м. Использование же указателя на класс vehicle и объявления м етодов в классе vehicle виртуальны м и (virtual) заставляют работать м еханиз м поли м орфиз м а. MPI-задачи, которые м анипулируют указателями на базовые классы, мо г ут точно так же использовать преиму щ ества полиморфизма, как функции travel () удается работать с любым типом vehicle-объекта (настоя щ и м или булу щ им). Этот метод открывает большие перспективы дл я булу щ е г о кластерных приложений, а также приложений SMP (Symmetrical Multiprocessing — симметричнал мно г опроцессорнал обработка) и MPP (Massively Parallel Processing — массовал параллельнал обработка), в которых необходимо реализовать модели MPMD. Чтобы понять, как модель MPMD работает в MPI-контексте, попробуем использовать нашу функцию travel() в качестве МРТзадачи, которая является частью подсистемы поиска. Все MPI-задачи отвечают за выполнение поисково-спасательных операций применительно к vehicle-объектам различного типа. Очевидно, что каждое транспортное средство (vehicle-объект) характеризуется рааличными способами движения. Несмотря на то что проблема, стоя щ ал перед всеми MPI-задачами, заключается в выполнении поиска, все они будут иметь различные коды, поскольку все эти задачи используют различные виды vehicle-объектов, которые работают по-разно м у и требуют различных данных. Код, который содержится в листинге 9.5, необходимо запустить в нашей среде MPICH с по м о щ ью слелую щ ей ко м анды.

$ mpirun -np 16 /trap/search_n_rescue

// Листинг 9.5. Реализация MPI-задачами простого

// поиска и имитации спасения поврежденных

// объектов

template bool travel(vehicle *Transport,

set Location, T Object)

{

//.. .

Transport->startEngine(); Transport->moveForward(XDegrees); Transport->turnLeft(YDegrees); //.. .

if (Location.find(Transport->location() == Object){ // . .. rescue()

}

//.. .

}

int main(int argc, char *argv[])

326 Глава 9. Реализация моделей SPMD и MPMD с помощью шаблонов..

{

//...

int Tag = 2; int WorldSize; int TaskRank; MPI_Status Status; MPI_Init(&argc,&argv);

MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &TaskRank); MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &WorldSize); //. . .

switch(TaskRank) {

case 1: {

//. . .

car * Car;

set SearchSpace

travel(Car, SearchSpace,Street); //.. .

}

break;

case 2:

{

//.. .

helicopter *BlueThunder; set NationalAirSpace; travel(BlueThunder,

NationalAirSpace,

AirSpace);

//.. .

}

//case n: //. . .

}

}

Программа search_n_rescueбудет запущена в 16 процессах, причем все процессы потенциально могут выполняться на различных процессорах, а все процессоры — находиться на различных компьютерах. Несмотря на то что все процессы выполняют один и тот же код, их действия могут радикально различаться (как и данные, с которыми они работают). Шаблоны и полиморфизм позволяют отличать одну MPI-задалу от другой (а значит, и данные, которые они будут использовать). Обратите внимание на то, что в листи н ге 9.5 МРI - процесс, у которого TaskRank= 1, будет использовать объект класca Car и контейнер, содержа щ ий streets - объекты .MPI-процесс, у которо г о TaskRank= 2, будет использовать объект класса helicopterи аir_spасе объекты. Обе задачи вызывают шаблонную функцию travel(). Поскольку шаблоннал функция travel ()манилулирует указателями на класс vehicle,она может воспользоваться преимущест-вами полиморфизма и выполнять операции с потомками класса vehicle.Это означает, что, хотя все MPI-задачи вызывают одну и гу же функцию travel(), действия, выполняемые этой функцией, рааличны. Обратите внимание на то, что в функции travel() нет инструкций caseили if,которые бы пытались идентифицировать тип vehicle-объекта, с которым она работает. Конкретный vehicle-объект определяется типом, на который используется указатель. Это MPI-приложение может работать потенциально с 16 различными транспортными средствами, каждое из которых характеризуется собственным типом мобильности и областью поиска. Существуют и другие методы, которые можно использовать для реализации модели MPMD в среде MPI, но полиморфический подход обычно требует меньшего объема кода.

Основные два типа полиморфизма, которые мы здесь демонстрируем, — это полиморфизм динамического связывания, по д держиваемый наследованием и виртуальными методами, и параметрический полиморфизм, по д держиваемый шаблонами. Функция travel() в листин г е 9.5 использует оба типа полиморфизма. Полиморфизм, основанный на наследовании, характеризует параметр vehicle *Transport,а параметрический полиморфизм — параметры setи T Object.Параметрический полиморфизм представляет собой механизм, благодаря которому один и тот же код используется для различных типов, передаваемых в качестве параметров. Различные типы полиморфизма, которые позволяют упростить МРТзадачи и сократить код, необходимый для реализации MPI-программы, перечислены в табл. 9.2.

Таблица 9.2. Различные типы полиморфизма, которые можно использовать для упрощения МРI-задач

Функции-объекты используются в стандартных алгоритмах для реализации горизонтального полиморфизма. Полиморфизм, реализованный с помощью передачи параметра vehicle *Transport в листинге 9.5, является вертикальным, поскольку для функционирования необходимо, чтобы классы были связаны наследованием. При горизонтальном полиморфизме классы связаны не наследованием, а интерфейсом. Все функции-объекты определяют операторную функцию operator (). Функции-объекты позволяют разрабатывать MPI-задачи с использованием некоторой общей формы.