Динамически изменяющийся параллелизм с асинхронно-последовательными потоками данных

Предлагается статически типизированная версия модели функционально-потоковых параллельных вычислений, которая за счет использования асинхронных последовательных потоков обеспечивает представление динамически изменяющегося параллелизма. Рассмотрены особенности синтаксиса и семантики статически типизированного языка функционально-потокового параллельного программирования Smile, обеспечивающие поддержку асинхронных последовательных потоков. Основная идея подхода базируется на использовании концепции взаимодействующих последовательных процессов Т. Хоара применительно к управлению по готовности данных. Предполагается, что готовность данных сопровождается выдачей управляющих сигналов, информирующих процессы о свершении тех или иных событий. Отличительной особенностью подхода является включение в модель специальных асинхронных контейнеров, которые могут порождать события по частичному заполнению. Этими контейнерами являются поток и рой, каждый из которых имеет свою специфику. Поток используется для обработки данных одного типа, поступающих последовательно и асинхронно в произвольные промежутки времени. Размерность поступающих данных изначально неизвестна, поэтому завершение обработки осуществляется по признаку конца потока. Рой используется для описания независимых данных одного типа, над которыми возможно выполнение массовых параллельных операций. В отличие от потока, его размерность фиксирована и известна заранее. В работе описаны общие принципы организации асинхронных последовательных потоков с произвольным поступлением данных. Рассматривается использование потоков и роев в различных ситуациях. Предлагаются языковые конструкции, позволяющие описывать работу с роями и потоками и особенности их применения. Представлены примеры функций, при реализации которых использованы различные подходы к описанию параллелизма: рекурсивная обработка асинхронных потоков, обработка потоков при недетерминированном и упорядоченном выполнении операций, прямое и ссылочное обращение к элементам потоков и роев, конвейеризация вычислений. Дается предварительная оценка параллелизма в зависимости от временных соотношений между темпом поступления данных и скоростью их обработки. Предложенные методы могут быть использованы при разработке перспективных языковых и инструментальных средств архитектурно-независимого параллельного программирования.