1 Hochleistungsrechnen mit Windows

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Hochleistungsrechnen mit Windows
Verifikations- und Analyseprogramme
Christian Terboven
Rechen- und Kommunikationszentrum
RWTH Aachen
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Co mputing an d C omm unic ation
Agenda
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Intel Threading Tools: ThreadChecker
•
AMD CodeAnalyst: Performanceanalyse
•
Intel VTune: Performanceanalyse
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Agenda
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Intel Threading Tools
Data Race
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Ein Data Race ist ein typischer Fehler bei der Shared-Memory
Programmierung, z.B. mit OpenMP.
• Tritt auf, wenn ein Thread einen Speicherbereich modifiziert die
ein anderer Thread liest oder schreibt, in einer parallelen Region
zwischen zwei Synchronisationspunkten.
• Unangenehm: das Auftreten ist nicht deterministisch, da z.B.
die Reihenfolge der Ausführung von Iterationen in einer
parallelen Schleife nicht festgelegt ist.
• Ursache sind in vielen Fällen fehlende private Klauseln,
fehlende Barrieren oder fehlende kritische Regionen.
Einfacher Test, der aber keine Korrektheit garantiert: der serielle
Code muss das selbe Ergebnis liefern wie wenn der parallele
Code rückwärts ausgeführt wird.
Tool zur automatischen Verifikation: Intel ThreadChecker für
Windows (GUI) und Linux (Kommandozeile), früher Assure.
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ThreadChecker
•
Arbeitsweise: in einem instrumentierten Programm werden die
Speicherzugriffe protokolliert und es werden mögliche Data Races
angezeigt → Untersuchung auf serielle Äquivalenz.
•
ThreadChecker unterstützt:
• WIN32-Threads, Posix-Threads, OpenMP 2.5
• Analyse unter Linux, Betrachtung der Ergebnisse unter Windows
• Analyse und Betrachtung der Ergebnisse unter Windows
•
Achtung: die Analyse von Programmen, deren Ergebnisse von der
Anzahl der Threads abhängt, ist nicht sinnvoll.
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ThreadChecker
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h = 1.0 / (double) n;
sum = 0.0;
for (i = 1; i <= n; i++)
{
x = h * ((double)i - 0.5);
sum += (4.0 / (1.0 + x*x));
}
pi = h * sum;
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Π=∫
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(
1
+
x
)
0
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ThreadChecker
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h = 1.0 / (double) n;
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sum = 0.0;
18 #pragma omp for private(i,sum) shared(h)
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for (i = 1; i <= n; i++)
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{
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x = h * ((double)i - 0.5);
22
sum += (4.0 / (1.0 + x*x));
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}
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pi = h * sum;
Es gibt zwei Fehler in diesem Programm:
Variable x muss privat sein.
Variable sum muss reduziert werden.
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ThreadChecker
•
Intel ThreadChecker ist nur auf der Maschine WINC1 installiert, da er
erweiterte Benutzerrechte benötigt. Version 3.0 beta ist installiert, das
Release wird für Juni erwartet.
•
Instrumentierung:
• Kompilation mit /Qopenmp und /Qtcheck
• Linken mit /fixed:no
•
Starten mit Start → All Programs → Intel VTune Performance
Analyzer. Neues Projekt erstellen vom Typ Threading Wizards →
Intel ThreadChecker.
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Intel ThreadChecker
Wir empfehlen die Analyse mit dem ThreadChecker
von jedem OpenMP-Code vor Produktionsbeginn.
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Agenda
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AMD CodeAnalyst
Performanceanalyse
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•
•
•
Die Performanceanalyse eines Programms besteht grob aus zwei
Schritten:
• Finden des „HotSpots“ in einem Programm.
• Analyse und Verbesserung der HotSpots.
Ein HotSpot ist eine Stelle in einem Programm an der viel oder ein
Großteil der Laufzeit verbracht wird.
Die hierarchische Betrachtung des Programms spiegelt sich auch
in der Benutzung von Performanceanalysetools wieder.
• 1. Stufe: Timer-based Profiling, um einen Eindruck von der
Verteilung der Laufzeit in einem Programm zu bekommen.
• 2. Stufe: Detaillierte Analyse der HotSpots auf Probleme mit
Hilfe z.B. von Hardware Performance Countern.
Zur Analyse empfiehlt es sich, die Optimierung auf einen mittleren
Wert zu setzen, aber möglichst alle Debuginformationen
aufzunehmen.
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AMD CodeAnalyst
Performanceanalyse
•
Timer-based Profiling:
Arbeit auf lokalen Platten
($TMP) um die Performance
nicht zu beeinflussen.
Start der Analyse durch
Klicken auf
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AMD CodeAnalyse
Performanceanalyse
•
Das gesamte System wird analysiert:
amdk8.sys: 72,6%
CPU Driver
msvcr80d: 8,2%
C-Runtime
ntoskrnl:
1,4%
Kernelroutinen
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AMD CodeAnalyst
Performanceanalyse
•
Grafische Anzeige:
Hier wird das Ergebnis aller Prozessorkerne
zusammengefasst.
Ebenfalls möglich: Anzeige pro Prozess.
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AMD CodeAnalyst
Performanceanalyse
•
Drill down in das Programm auf Funktionsebene:
Quellcodeebene
Auch die Anzeige von
Samples für Assembler
ist möglich.
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AMD CodeAnalyst
Performanceanalyse
•
Event-based Profiling:
Es stehen alle Hardware
Performance Counter der
CPU und des Systems zur
Verfügung.
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AMD CodeAnalyst
Performanceanalyse
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Die Anzeigemöglichkeiten sind identisch:
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Agenda
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Intel VTune
Performanceanalyse
•
Problem: VTune läuft nur auf Intel Prozessoren, unser x86-Cluster
besteht aber aus AMD Opteron Prozessoren.
•
Die Maschine WINC1 ist eine Dual XEON 32bit Maschine.
• Es ist ein deutlich anderes Laufzeitverhalten als auf den
Opterons beobachtbar.
• Die „alte“ XEON-Architektur skaliert nicht bei gleichzeitigem
Speicherzugriff, ist somit für die Analyse von parallelen Programmen nicht geeignet.
• Kaum Erfahrung mit Interna der XEONs, z.B. Hardware
Performance Counter.
•
In naher Zukunft sollte eine EM64T Maschine für VTune zur
Verfügung stehen.
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Intel VTune
Performanceanalyse
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Verifikations- und Analyseprogramme
Gibt es Fragen zu diesem Teil?
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