Static Analysis of OpenStream Programs
Analyse statique de programmes OpenStream
Résumé
This paper studies the applicability of polyhedral techniques to the parallel language Open-
Stream [25]. When applicable, polyhedral techniques are invaluable for compile-time debugging and
for generating efficient code well suited to a target architecture. OpenStream is a two-level language
in which a control program directs the initialization of parallel task instances that communicate
through streams, with possibly multiple writers and readers. It has a fairly complex semantics in its
most general setting, but we restrict ourselves to the case where the control program is sequential,
which is representative of the majority of the OpenStream applications. This restriction offers
deterministic concurrency by construction, but deadlocks are still possible.
We show that, if the control program is polyhedral, one may statically compute, for each task
instance, the read and write indices to each of its streams, and thus reason statically about the
dependences among task instances (the only scheduling constraints in this polyhedral subset).
These indices may be polynomials of arbitrary degree, thus requiring to extend to polynomials
the standard polyhedral techniques for dependence analysis, scheduling, and deadlock detection.
Modern SMT allow to solve polynomial problems, albeit with no guarantee of success; the approach
of Feautrier [10] may offer an alternative solution. We also establish two important results related
to deadlocks in OpenStream: 1) a characterization of deadlocks in terms of dependence paths,
which implies that streams can be safely bounded as soon as a schedule exists with such sizes,
2) the proof that deadlock detection is undecidable, even for polyhedral OpenStream.
Le but de ce rapport est d'évaluer la possibilité d'appliquer des
techniques polyédriques au langage parallèle
OpenStream [25]. Lorsqu'elles sont applicables, ces
techniques sont très utiles pour les analyses à la compilation et
l'optimisation du code pour une meilleure adaptation à l'architecture
cible. OpenStream est un langage à deux niveaux dans lequel un
programme de contrôle dirige l'initialisation d'instances de tâches
parallèles qui communiquent au travers de streams qui peuvent
avoir des écrivains et lecteurs multiples. OpenStream a une sémantique
assez complexe dans sa forme la plus générale, mais nous nous
restreignons au cas où le programme de contrôle est séquentiel, cas
représentatif de la majorité des applications OpenStream. Avec
cette restriction, les programmes OpenStream sont déterministes par
construction, mais peuvent avoir des deadlocks (étreintes mortelles).
Nous montrons que si le code de contrôle est polyédrique, on peut calculer de
façon statique, pour chaque instance d'une tâche, les indices de lecture et
d'écriture dans chaque stream, et donc raisonner sur les dépendances entre
instances de tâches (les seules contraintes d'ordonnancement dans ce fragment
polyédrique). Ces indices peuvent être des polynômes de degré arbitraire, ce
qui requiert d'étendre aux polynômes les techniques polyédriques classiques
d'analyse de dépendances, d'ordonnancement, de détection de deadlocks. Les
solveurs SMT modernes permettent de résoudre de tels problèmes, bien que sans
garantie de succès. L'approche de Feautrier [10] peut offrir une
alternative. Nous montrons de plus deux résultats importants relatifs aux
deadlocks dans OpenStream: 1) une caractérisation des deadlocks en termes de
chemins de dépendances qui implique que les streams peuvent être bornés a
priori, sans créer de deadlocks à l'exécution, dès lors qu'un ordonnancement
existe avec de telles tailles, 2) la démonstration que la détection de
deadlocks est indécidable, même pour le fragment polyédrique d'OpenStream.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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