[發(fā)明專(zhuān)利]一種C/C++與COStream混合編程方法和可視化編譯系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710491698.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107341010B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于俊清;董慧;何云峰;唐九飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F8/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F8/20;G06F8/41
• 代理公司: 42201 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心
• 代理人: 廖盈春;李智

本發(fā)明公開(kāi)了一種C/C++與COStream混合編程方法和可視化編譯系統(tǒng)，屬于計(jì)算機(jī)編譯技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明技術(shù)方案包括：混合編譯前端模式選擇；混合編譯后端C/C++程序與COStream程序通信交互接口設(shè)計(jì)；混合編譯后端多線程處理接口設(shè)計(jì)；混合編譯后端目標(biāo)代碼的生成。本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了一種可視化編譯系統(tǒng)。本發(fā)明技術(shù)方案將C/C++與COStream編程結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮了數(shù)據(jù)流編程語(yǔ)言COStream在面向多核并行體系結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮了多核處理器的高并行性，而且彌補(bǔ)了C/C++在編寫(xiě)多線程程序復(fù)雜性高的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)編譯技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種C/C++與COStream混合編程方法和可視化編譯系統(tǒng)。

背景技術(shù)

多核CPU相較于單核CPU而言具有更強(qiáng)的并行性、更高的計(jì)算密度、更低的時(shí)鐘頻率和功耗。雖然多核處理器被越來(lái)越廣泛的使用，但它在很多方面還是存在不足,主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。其一，雖然多核處理器通過(guò)其多核的并行性處理提高了程序的計(jì)算能力，但是底層的多核資源并沒(méi)有被充分的利用，其并行處理的能力還有提升的空間。而且傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言如C、Fortran不能適用于通用的多核平臺(tái)。其二，像C++、java等編程語(yǔ)言雖然可以通過(guò)創(chuàng)建多線程的方式來(lái)利用處理核的并行計(jì)算能力，而多線程的執(zhí)行模型相比于單線程的執(zhí)行模型而言，能縮短處理核的等待時(shí)間，但是它們依然是運(yùn)行在單核上，底層的多核資源并沒(méi)能全部被調(diào)用。此外，多線程程序的編寫(xiě)對(duì)編程人員的軟件開(kāi)發(fā)能力要求更高，尤其是需要編程人員自己設(shè)計(jì)線程間的同步與通信等，這無(wú)疑使軟件開(kāi)發(fā)的難度大大增加，并不適合所有的編程人員。

針對(duì)上述多核資源不能被充分利用的問(wèn)題，數(shù)據(jù)流(dataflow)編程模型作為一種新的編程模型被提出。數(shù)據(jù)流編程模型在計(jì)算密集型應(yīng)用和多核體系結(jié)構(gòu)中將底層的架構(gòu)資源發(fā)揮到極致。數(shù)據(jù)流編程模型將底層的硬件結(jié)構(gòu)封裝起來(lái)，用戶(hù)只需要關(guān)注程序自身中存在的并行性，然后按照數(shù)據(jù)流編程模型進(jìn)行程序設(shè)計(jì)而不必考慮底層的多核結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)流編譯器會(huì)將用戶(hù)編寫(xiě)的數(shù)據(jù)流程序自動(dòng)的分配到各個(gè)核上去執(zhí)行，編譯器會(huì)根據(jù)底層的多核架構(gòu)自動(dòng)的生成高效的可執(zhí)行代碼，極大的降低了并行計(jì)算程序開(kāi)發(fā)的難度，減輕了編程人員編程負(fù)擔(dān)。當(dāng)前主要的流編程語(yǔ)言有StreamIt，CUDA，COStream，StreamC/KernelC和Flextream等，但是它們的推廣度和普及度不及傳統(tǒng)的C/C++編程語(yǔ)言。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種C/C++與COStream混合編程方法和可視化編譯系統(tǒng)，其目的在于將C/C++與COStream混合編程，將適用于數(shù)據(jù)流并行計(jì)算的部分采用COStream實(shí)現(xiàn)，其余部分保持原來(lái)的C/C++程序?qū)崿F(xiàn)，這樣將能提高程序運(yùn)行的效率，同時(shí)減輕編程人員的負(fù)擔(dān)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種C/C++與COStream混合編程方法和可視化編譯系統(tǒng)，該方法包括：

對(duì)COStream編譯器前端進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)COStream單模式和C/C++與COStream混合模式的模式選擇接口；

對(duì)COStream編譯器后端進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)C/C++程序與COStream程序數(shù)據(jù)通信的接口，設(shè)計(jì)混合模式后端多線程的處理方法；對(duì)COStream源程序進(jìn)行詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義動(dòng)作分析和任務(wù)調(diào)度劃分后生成目標(biāo)代碼；

所述混合模式后端多線程的處理具體方法為：

(1)獲取分配在各個(gè)核上的所有actor集合，遍歷集合，獲取各個(gè)actor的邊信息，并根據(jù)邊信息構(gòu)造actor對(duì)象；為每個(gè)運(yùn)行核上所有的actor生成一個(gè)線程；