并行程序设计环境与工具
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国家高性能计算中心（合肥）
并行程序性能分析
▪ 可视化技术
▪ 散布图（Scatter plots）：点数据用(Xi, Yi)表示。 ▪ 图示符（Glyphs）：表示复数集合。 ▪ 直方图或饼图：前者用矩形面积表示专门含义；后者表示部分
与总体的比例关系。 ▪ 等值线（ISO-line）与等值面（ISO-Surface）：前者对于二维
国家高性能计算中心（合肥）
并行程序性能分析
▪ 可视化定义，目的和概念
▪ 定义：科学数据可视化是使用图形方法增强对科学数据的解释和便于 用户直观理解。
▪ 目的：为科学数据提供富有表达性的和有效可视的表示概念，方法和 工具等。
▪ 基本概念：可视化概念和工具是基于心理学，感知学，计算机图形学， 艺术和绘画等其他学科，其基本过程是由真实现象→数字→图画→目 标表示。
▪ 软件工程工具
▪ 系统构造程序 版本管理程序 设计编辑器 ▪ 代码产生器 测试辅助程序
▪ 集成工具
▪ 数据集成 公共前端 控制集成
▪ 将来的工具与环境
▪ 过程工具 群件工具 可视化工具 程序分析工具
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并行程序设计环境与工具
▪ 15.1 软件工具与环境 ▪ 15.2 并行编译器 ▪ 15.3 并行程序调试 ▪ 15.4 并行程序性能分析 ▪ 15.5 图形化并行程序集成开发环境
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并行编译器
▪ 编译及其并行化
▪ 向量化（SIMDizing） 并行化（MIMDizing）
▪ 相关分析
▪ 流相关 反相关 输出相关 控制相关
▪ 代码优化
▪ 代码向量化方法 ▪ 代码并行化方法
▪ 代码生成
▪ 中间形式的代码转换成可执行的具体的机器目标代码
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并行程序性能分析
▪ 并行程序的性能预测
▪ 并行程序性能的静态分析又叫性能预测 ▪ 方法：分析预测（Analytical Prediction）、模拟仿真 ▪ 模拟仿真：并行系统建模 、应用程序建模 ▪ 性能评估的参数选择
▪ 并行程序的性能监控
▪ 并行程序性能的动态分析又叫性能监控 ▪ 工具：联机的、脱机的 ▪ 时钟驱动监控、事件驱动监控
▪ 科学数据的特征化
▪ 可视元素（Cues）：图画的基本要素，例如空间位置和运动，长度、 深度、面、体、厚度，角度、斜率取向，密度和颜色、对比度等。
▪ 定量表示：点数据集的可视化用散布图(Scatter plots)和图示符(Glyphs) 表示；连续函数用标量表示，矢量用长度和方向表示；n维张量场用 主方向和绝对值表示。
序确保并行程序的基本正确性；③在②的基础上逐步增大处理 器数以充分证实并行程序的正确性；④逐步增加并行程序中的 并行成分以进一步对并行程序进行性能调试；⑤当出错时要依 次检查数据定义，数据分布和同步机制正确性等。错误原因分 析
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并行程序调试
▪ 并行程序的调试技术
▪ 全局断点、渐增检查点、事件分析、静态分析 ▪ ①断点调试包括控制流断点、自陷断点和谓词断点；他的主要
并行程序设计环境与工具
▪ 15.1 软件工具与环境 ▪ 15.2 并行编译器 ▪ 15.3 并行程序调试 ▪ 15.4 并行程序性能分析 ▪ 15.5 图形化并行程序集成开发环境
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并行程序调试
▪ 并行程序调试的方法与步骤
▪ 困难：不确定性、探针效应 ▪ 方法：重放（Replay）断点调试（Breakpoint Debugging） ▪ 步骤： ①先确保串行程序运行正确性；②以单机执行并行程
▪ 并行程序的性能可视化
▪ 性能可视化：数据生成、数据显示、数据分析与用户交互 ▪ 用户界面
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并行程序性能分析
▪ 静态分析：采用模拟或分析方法获取源程序中有关性能参数报告 给用户，是在源程序一级进行的，其优点是可以用较小的时间代 价，针对重要的程序结构做出多种可能的性能选择，缺点是准确 性较差。
▪ 动态分析：采用测量的方法收集程序运行中的各种性能参数，即 时或事后报告给用户；性能参数的获取可由硬件和软件提供；其 优点是所提供的数据较准确，缺点是灵活性较差。
▪ 性能分析方法：①统计程序各部分执行时间；②分析大计算量的 程序段是计算部分还是通信部分或I/O部分，从而找出性能瓶颈； ③根据加速的理论值和实测值，分析计算粒度大小，负载平衡情 况，通信开销和存储访问冲突以及CACHE命中率等；④根据效率 和可扩放性分析结构与算法的组合最佳情况等。
缺点是探针效应。②事态分析法记录运行中事件轨迹信息而事 后加以分析，轨迹信息主要用于阅览和重放。③重放控制程序 再现同步通信次序就可以重放程序运行结果。
▪ 并行程序的性能调试
▪ 测量、分析（静态、动态）、优化
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并行程序设计环境与工具
▪ 15.1 软件工具与环境 ▪ 15.2 并行编译器 ▪ 15.3 并行程序调试 ▪ 15.4 并行程序性能分析 ▪ 15.5 图形化并行程序集成开发环境
数据集，恒值线上的点具有相同值；后者对于三维数据集，等 值面上的数值都相同。 ▪ 图像显示：对于二维数据可选用不同的数值、灰度和颜色等。 ▪ 射线跟踪：为了显示体内元素值，用光线跟踪将三维中的体元 素（Voxel）投影到二维上。 ▪ 动画：使用动画连续移动画面产生明显动感。
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并行程序设计环境与工具
▪ 15.1 软件工具与环境 ▪ 15.2 并行编译器 ▪ 15.3 并行程序调试 ▪ 15.4 并行程序性能分析 ▪ 15.5 图形化并行程序集成开发环境
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图形化并行程序集成开发环境
十五 并行程序设计环境与工具
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
并行程序设计环境与工具
▪ 15.1 软件工具与环境 ▪ 15.2 并行编译器 ▪ 15.3 并行程序调试 ▪ 15.4 并行程序性能分析 ▪ 15.5 图形化并行程序集成开发环境
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软件工程与环境
▪ 编码工具
▪ 编辑器 编译器 连接器和加载器 预处理程序 ▪ 交叉引用程序 源级查错器 查错辅助程序
并行程序性能分析
▪ 可视化技术
▪ 散布图（Scatter plots）：点数据用(Xi, Yi)表示。 ▪ 图示符（Glyphs）：表示复数集合。 ▪ 直方图或饼图：前者用矩形面积表示专门含义；后者表示部分
与总体的比例关系。 ▪ 等值线（ISO-line）与等值面（ISO-Surface）：前者对于二维
国家高性能计算中心（合肥）
并行程序性能分析
▪ 可视化定义，目的和概念
▪ 定义：科学数据可视化是使用图形方法增强对科学数据的解释和便于 用户直观理解。
▪ 目的：为科学数据提供富有表达性的和有效可视的表示概念，方法和 工具等。
▪ 基本概念：可视化概念和工具是基于心理学，感知学，计算机图形学， 艺术和绘画等其他学科，其基本过程是由真实现象→数字→图画→目 标表示。
▪ 软件工程工具
▪ 系统构造程序 版本管理程序 设计编辑器 ▪ 代码产生器 测试辅助程序
▪ 集成工具
▪ 数据集成 公共前端 控制集成
▪ 将来的工具与环境
▪ 过程工具 群件工具 可视化工具 程序分析工具
国家高性能计算中心（合肥）
并行程序设计环境与工具
▪ 15.1 软件工具与环境 ▪ 15.2 并行编译器 ▪ 15.3 并行程序调试 ▪ 15.4 并行程序性能分析 ▪ 15.5 图形化并行程序集成开发环境
国家高性能计算中心（合肥）
并行编译器
▪ 编译及其并行化
▪ 向量化（SIMDizing） 并行化（MIMDizing）
▪ 相关分析
▪ 流相关 反相关 输出相关 控制相关
▪ 代码优化
▪ 代码向量化方法 ▪ 代码并行化方法
▪ 代码生成
▪ 中间形式的代码转换成可执行的具体的机器目标代码
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并行程序性能分析
▪ 并行程序的性能预测
▪ 并行程序性能的静态分析又叫性能预测 ▪ 方法：分析预测（Analytical Prediction）、模拟仿真 ▪ 模拟仿真：并行系统建模 、应用程序建模 ▪ 性能评估的参数选择
▪ 并行程序的性能监控
▪ 并行程序性能的动态分析又叫性能监控 ▪ 工具：联机的、脱机的 ▪ 时钟驱动监控、事件驱动监控
▪ 科学数据的特征化
▪ 可视元素（Cues）：图画的基本要素，例如空间位置和运动，长度、 深度、面、体、厚度，角度、斜率取向，密度和颜色、对比度等。
▪ 定量表示：点数据集的可视化用散布图(Scatter plots)和图示符(Glyphs) 表示；连续函数用标量表示，矢量用长度和方向表示；n维张量场用 主方向和绝对值表示。
序确保并行程序的基本正确性；③在②的基础上逐步增大处理 器数以充分证实并行程序的正确性；④逐步增加并行程序中的 并行成分以进一步对并行程序进行性能调试；⑤当出错时要依 次检查数据定义，数据分布和同步机制正确性等。错误原因分 析
国家高性能计算中心（合肥）
并行程序调试
▪ 并行程序的调试技术
▪ 全局断点、渐增检查点、事件分析、静态分析 ▪ ①断点调试包括控制流断点、自陷断点和谓词断点；他的主要
并行程序设计环境与工具
▪ 15.1 软件工具与环境 ▪ 15.2 并行编译器 ▪ 15.3 并行程序调试 ▪ 15.4 并行程序性能分析 ▪ 15.5 图形化并行程序集成开发环境
国家高性能计算中心（合肥）
并行程序调试
▪ 并行程序调试的方法与步骤
▪ 困难：不确定性、探针效应 ▪ 方法：重放（Replay）断点调试（Breakpoint Debugging） ▪ 步骤： ①先确保串行程序运行正确性；②以单机执行并行程
▪ 并行程序的性能可视化
▪ 性能可视化：数据生成、数据显示、数据分析与用户交互 ▪ 用户界面
国家高性能计算中心（合肥）
并行程序性能分析
▪ 静态分析：采用模拟或分析方法获取源程序中有关性能参数报告 给用户，是在源程序一级进行的，其优点是可以用较小的时间代 价，针对重要的程序结构做出多种可能的性能选择，缺点是准确 性较差。
▪ 动态分析：采用测量的方法收集程序运行中的各种性能参数，即 时或事后报告给用户；性能参数的获取可由硬件和软件提供；其 优点是所提供的数据较准确，缺点是灵活性较差。
▪ 性能分析方法：①统计程序各部分执行时间；②分析大计算量的 程序段是计算部分还是通信部分或I/O部分，从而找出性能瓶颈； ③根据加速的理论值和实测值，分析计算粒度大小，负载平衡情 况，通信开销和存储访问冲突以及CACHE命中率等；④根据效率 和可扩放性分析结构与算法的组合最佳情况等。
缺点是探针效应。②事态分析法记录运行中事件轨迹信息而事 后加以分析，轨迹信息主要用于阅览和重放。③重放控制程序 再现同步通信次序就可以重放程序运行结果。
▪ 并行程序的性能调试
▪ 测量、分析（静态、动态）、优化
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并行程序设计环境与工具
▪ 15.1 软件工具与环境 ▪ 15.2 并行编译器 ▪ 15.3 并行程序调试 ▪ 15.4 并行程序性能分析 ▪ 15.5 图形化并行程序集成开发环境
数据集，恒值线上的点具有相同值；后者对于三维数据集，等 值面上的数值都相同。 ▪ 图像显示：对于二维数据可选用不同的数值、灰度和颜色等。 ▪ 射线跟踪：为了显示体内元素值，用光线跟踪将三维中的体元 素（Voxel）投影到二维上。 ▪ 动画：使用动画连续移动画面产生明显动感。
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并行程序设计环境与工具
▪ 15.1 软件工具与环境 ▪ 15.2 并行编译器 ▪ 15.3 并行程序调试 ▪ 15.4 并行程序性能分析 ▪ 15.5 图形化并行程序集成开发环境
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图形化并行程序集成开发环境
十五 并行程序设计环境与工具
国家高性能计算中心（合肥）
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并行程序设计环境与工具
▪ 15.1 软件工具与环境 ▪ 15.2 并行编译器 ▪ 15.3 并行程序调试 ▪ 15.4 并行程序性能分析 ▪ 15.5 图形化并行程序集成开发环境
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软件工程与环境
▪ 编码工具
▪ 编辑器 编译器 连接器和加载器 预处理程序 ▪ 交叉引用程序 源级查错器 查错辅助程序