山内の授業のページ/14春/並列分散処理

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14年度春学期　並列分散処理　 †

授業のテーマ：　並列処理技術は、コンピュータ処理速度の限界を打破するものと考えられている。本授業では、並列処理のための基本的な考え方を理解し、今後必要となる並列分散プログラム作成の技術を習得する。

到達目標：　本授業では次の点を理解し、説明できるようにする。

並列分散処理の基礎概念（背景、依存性、並列度性能限界、粒度の概念）を理解し、説明できる。
並列分散処理の構成法の概略を理解し、説明できる。
並列分散処理システムの歴史と現状を理解し、説明できる。
データ並列の考え方とハードウェアによる処理を理解し、説明できる。
ループ並列処理の考え方を理解し、説明できる。
例としてOpenMPのプログラミングについて、理解し、プログラムを書くことができる。
マルチスレッドプログラミングと同期・排他の考え方を理解し、説明できる。
自動並列抽出の技術（依存の解析）を理解し、説明できる。
並列化を前提とした、プログラムの再構成・アルゴリズムの再編成を理解し、説明できる。

授業の進め方：
毎回内容に従って予習を行い、所定の課題のレポートを作成・提出する。
＞参考記事　pthreadについて
＞参考ページ pthread programming
＞スレッドのコーティングサンプル

授業スケジュール：

回数	日程	テーマ	スライドショー／同PDFファイル
1	4/15	授業概要授業の進め方	授業の目標／ 1-0_授業の目標.pdf	次回への課題１１）ムーアの法則を自分で描こう２）「並列でうんと速い」の例を探そう
2	4/22	並列の必要性課題のやり方の解説	並列の必要性／ 1-1_並列の必要性.pdf	次回への課題２１）プログラム／アルゴリズムを並列にしてみよう～何が必要か
3	5/13	並列にするには　～　並列の例		次回への課題３１）様々な並列・分散を集めてみようそれを自分なりの基準で整理してみよう
4	5/20	いろいろな並列・いろいろな分散　並列：　マイクロレベル、プログラムレベル、ジョブレベル　分散：　並列と分散の違い、ネット分散だとしてどうやって同時に扱うか？	並列分散処理の基礎概念／ 2-1_並列分散の基礎概念.pdf プログラミングモデルとシステム構成法／ 3-1_プログラミングモデルとシステム構成法.pdf 並列分散処理の歴史／ 3-2_並列分散処理の歴史.pdf	次回への課題４１）OpenMPの本を読んで、ループ並列の原理と書き方を整理してみよう
5	5/27	ループ並列もしくはデータ並列	ループ並列処理／ 4-1_ループ並列処理.pdf	次回への課題５１）アムダールの法則について調査してみよう　　直列にならざるを得ないところは何だろうか
6	6/03	アムダールの法則　性能の導出　直列にならざるを得ないところ	アムダールの法則／ 4-2_アムダールの法則.pdf	次回への課題６１）x1+x2+...+x10の並列化について考える２）ダイナミックプログラミングのアルゴリズムを見て、並列化を考える
7	6/10	データ依存動作原理から依存性について考える		次回への課題７１）OpenMPの本を読んでループを並列化し、サーバー上で実際に試してみる　　　　（台形則プログラム）２）速度向上率を計算してグラフ化する
8	6/17	ループの自動並列化（OpenMPを試してみる）課題として試した結果を発表し合う	OpenMPの教科書、OpenMPについて書いてあるサイト	次回への課題８１）ＯＳの教科書を読み直して、同期のプリミティブと動作原理を整理してみよう２）デッドロックについて、現象と対策を整理してみよう
9	6/24	ＯＳで習った並行・同期・デッドロックを思い出そう	OS第４回より同期・排他制御／ OS第４回より4-2_同期・排他制御.pdf OS第４回より排他制御の仕組 OS第４回より4-3_排他制御の仕組.pdf ／ OS第４回よりハイレベルの排他制御 OS第４回より4-4_ハイレベルの排他制御.pdf OS第４回よりデッドロック／ OS第４回より4-5_デッドロック.pdf OS第４回よりプロセス間通信／ OS第４回より4-6_プロセス間通信.pdf 慶應河野先生のOS授業スライド	次回への課題９１）pthreadを用いた並列プログラムを作ってサーバー上で試してみよう　　　（２つのプロセスによるprintf）２）同期（排他）をし、それによってデッドロックを起こしてみよう
10	7/01	スレッドモデルによる並列記述	スレッドモデルと同期／ 9-1_スレッドモデルと同期.pdf	次回への課題１０１）ハードウェアの教科書を読み直して、パイプラインの動作原理を整理する２）パイプラインの処理性能（速度向上）のモデル式を見直す３）パイプラインの「ストール」について整理する（種類・原因・動作）
11	7/08	マイクロレベルの並列　～　パイプライン・性能・ハザードの原因	アーキテクチャの授業のスライドアーキテクチャの授業の確認資料	次回への課題１１１）ソートのアルゴリズムについて並列化を考える　　　(1)バブルソート　(2)クイックソート　(3)バイトニックソート);
12	7/15	アルゴリズムと並列処理例：ソートアルゴリズム	「並列コンピューティング技法」８章	次回への課題１２１）クラウド上での分散検索について調べてみよう
13	7/18(金)	アルゴリズムと分散処理例：検索アルゴリズム	「並列コンピューティング技法」７章 MapReduceによる大規模データ処理 Hadoop MapReduce によるビッグ・データ分析検索エンジンはいかにして動くのか？第12回　索引の分散実践！「MapReduceでテキストマイニング」徹底解説	講義全体の内容を復習し、まとめよう
14	7/22	整理とまとめ		次回への課題は無し

教科書：
　①「C/C++プログラマーのためのOpenMP並列プログラミング」（菅原清文著、カットシステム）
参考書：
　②「コンピュータアーキテクチャ」　（内田啓一郎、小柳滋著、オーム社）
　③「並列コンピューティング技法（実践マルチコア／マルチスレッドプログラミング）」　（オライリージャパン）
　④「並列処理技術」　（笠原博徳著、コロナ者）
　⑤「OpenMP入門マルチコアCPU時代の並列プログラミング」（北山洋幸著、秀和システム）
　⑥「図解コンピュータアーキテクチャ入門第２版」　（堀桂太郎著、森北出版）
　追加　「Pthreadsプログラミング」（Bradford Nicholsら著, 榊正憲訳, オライリージャパン）

参考サイト
　HPC/並列プログラミングポータル

成績評価方法：
　　　　平常点（授業内の小テスト等）６０％、期末試験４０％。　　それぞれの単元での目標到達度を問う
授業ホームページ：　http://pepper.is.sci.toho-u.ac.jp　をアクセス
　　　⇒　左欄メニューの「授業のページ」　⇒　「2014年度授業　春　並列分散処理」
　　　配布物はこのページあたりから取れるようにしておきます。
山内へのコンタクト：　Ⅳ号館５階4541室、047-472-1176、メール：yamanouc at is.sci.toho-u.ac.jp (atを@に置き換えること）
スケジュール：　授業枠はpepper.is.sci.toho-u.ac.jp、　通年スケジュールはwww.yy.is.sci.toho-u.ac.jpの左メニューで「カレンダー」

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