[论文解读] SL: a "quick and dirty" but working intermediate language for SVP systems

Raphaël Poss|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2012

Parallel Computing and Optimization Techniques参考文献 1被引用 15

一句话总结

本文提出 SL，一种轻量级 C 语言扩展，旨在作为编译并行程序至 SVP（系统虚拟化平台）系统的中间目标语言。SL 支持批量线程创建、基于字长通道的数据流通信，以及线程族终止时的同步机制，为多核处理器和硬件多线程处理器提供一种可移植的、低级别的接口，且实现复杂度极低。

ABSTRACT

The CSA group at the University of Amsterdam has developed SVP, a framework to manage and program many-core and hardware multithreaded processors. In this article, we introduce the intermediate language SL, a common vehicle to program SVP platforms. SL is designed as an extension to the standard C language (ISO C99/C11). It includes primitive constructs to bulk create threads, bulk synchronize on termination of threads, and communicate using word-sized dataflow channels between threads. It is intended for use as target language for higher-level parallelizing compilers. SL is a research vehicle; as of this writing, it is the only interface language to program a main SVP platform, the new Microgrid chip architecture. This article provides an overview of the language, to complement a detailed specification available separately.

研究动机与目标

• 本文旨在解决 SVP 平台缺乏一种可移植、高效的中间语言用于编程的问题。
• 旨在克服早期 µTC 语言无法编译至 SVP 平台的局限性。
• 目标是设计一种实用且可实现的语言，支持在操作系统之下最低级别的并发原语。
• 旨在作为多种 SVP 平台（包括 Microgrid 芯片架构）之间的通用接口。
• 研究还旨在支持未来编译器开发及多核系统的硬件可移植性。

提出的方法

• SL 被设计为 ISO C99/C11 的语法扩展，保持与标准 C 的兼容性。
• 引入新关键字：sl_def 和 sl_enddef，用于定义带有输入/输出数据流通道的线程函数。
• sl_create 和 sl_sync 构造支持可配置大小与窗口化的线程族批量创建与同步。
• 数据流通信通过 sl_shparm（用于线程函数参数）和 sl_sharg（用于线程族端点）进行管理，读写操作分别使用 sl_getp/sl_setp 和 sl_geta/sl_seta。
• 该语言采用显式类型系统，并使用独立关键字区分整型与浮点型，以简化实现并避免复杂的类型分析。
• SL 工具链可将 SL 代码编译为 SVP 机器码，支持软件仿真与硬件平台（如 Microgrid）。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一种轻量级、可移植的中间语言，以支持包括硬件多线程多核系统在内的多样化 SVP 平台？
• RQ2 为何先前的 µTC 语言不适合编译？SL 的哪些设计原则克服了这些局限？
• RQ3 SL 在低级别、绕过操作系统的执行模型下，能在多大程度上支持高效的批量线程创建、同步与数据流通信？
• RQ4 在面向低级别系统的语言中，如何简化类型系统设计，同时不牺牲对并发性的表达能力？
• RQ5 为支持未来硬件趋势（如分布式内存与通用同步模式），需要哪些扩展？

主要发现

• SL 已成功作为 Microgrid 芯片架构（一种主要的 SVP 平台）的唯一接口语言使用。
• 该语言支持线程族的非确定性并发执行，如一个程序可随机顺序打印数字 0–9 和 10。
• SL 通过使用显式类型和显式关键字表示标量类型，避免了复杂的静态分析，显著简化了实现。
• SL 工具链已以开源许可证发布，支持社区使用，并可与 SAC2C 等编译器及并行化 C 编译器集成。
• SL 已在多个研究项目中实际应用，因其实用性和兼容性，已取代 µTC 用于学术出版。
• 当前工作包括扩展 SL 以支持分布式内存模型、POSIX 线程 API 子集，以及常见模式（如归约与负载均衡）的高层抽象。