并行处理语言的探索与实践

### 并行处理语言的探索与实践 #### 1. Strand语言相关介绍 Strand语言在并行处理领域有着独特的应用和特点。 ##### 1.1 生产者 - 消费者程序 在Strand中，有一个经典的生产者 - 消费者程序示例。消费者会逐步读取列表S，将接收到的每个值累加到累加器Sum中，并在列表结束时打印总和。以下是相关代码： ```prolog stream_colDIII(N) :- stream-producer(N, S), stream-consumer(O, S). stream-producer(N, Out) N > 0 I Out := [loI0utl], Nl is N - 1, stream-producer(Nl,Outl). stream-producer(O, Out) Out := []. stream-consumer (Sum, [Vall Inl]) Suml is Sum + Val, stream-consumer(Suml, Inl). stream_consumer (Sum , []) :- print (Sum). ``` 这个程序的执行流程如下： |步骤|操作| | ---- | ---- | |1|`stream_colDIII(N)`调用`stream-producer(N, S)`生成列表S，同时初始化消费者的累加器为0。| |2|`stream-producer`根据N的值生成列表，若N大于0，不断递归生成列表元素；若N为0，结束生成。| |3|`stream-consumer`逐个读取列表元素，累加到Sum中，直到列表结束，打印总和。| ##### 1.2 外部接口 Strand语言允许在规则体中调用用C或Fortran编写的“外部”程序。外部程序调用会暂停，直到所有参数都被定义，然后原子性地执行，不会再次暂停。这种方式实现了顺序编程和并行编程的清晰分离，为顺序概念提供了熟悉的表示法，还能让现有的顺序代码在并行程序中复用。 ##### 1.3 映射 Strand编译器不会自动将进程映射到处理器。相反，Strand语言提供了一些构造，允许程序员指定映射策略。这是因为Strand语言的设计使得映射只影响性能，而不影响正确性。程序员可以先开发程序，然后通过更改注释来探索不同的映射策略。 ##### 1.4 编程示例：遗传序列比对程序 遗传序列比对程序是Strand语言的一个重要应用示例。其目标是对齐来自不同但密切相关生物的RNA序列，用插入或删除符号（破折号）表示需要插入或删除字符的区域。 该算法采用分治法，基本步骤如下： ```mermaid graph TD; A[识别每个序列的关键子序列（关键点）] --> B[识别多个序列共有的关键点（引脚）]; B --> C[选择最长的引脚]; C --> D[使用引脚将序列分割为三个子问题]; D --> E[递归解决子问题]; E --> F[合并子比对结果得到完整比对]; ``` 相关代码如下： ```prolog align_chunk (Sequences ,Alignment) :- pins (Chunks ,BestPin), divide(Sequences,BestPin,Alignment). pins (Chunk ,BestPin) :- cps (Chunk ,CpList), c-Iorm_pins(CpList,PinList), best-pin(Chunk,PinList,BestPin). cps([SeqISequences],CpList) :- CpList := [CPsICpListl], c_cri t ical.points (Seq, CPs) , cps(Sequences,CpListl). cps([] ,CpList) :- CpList := []. divide (Seqs,Pin,Alignment) :- Pin =\= [] I split (Seqs,Pin,Left ,Right ,Rest) , align_chunk(Left,LAlign) 0 random, align_chunk (Right, RAlign) 0 random, align_chunk(Rest,RestAlign) 0 random, combine(LAlign,RAlign,RestAlign,Alignment). divide(Seqs,[],Alignment) :- c_basic~lign(Seqs,Alignment). ``` 这个程序体现了Strand语言的三个重要特