यह लेख OpenCL के साथ विकास के लिए जावा मंच के उपयोग, इस दृष्टिकोण के फायदे और नुकसान पर चर्चा करता है। भविष्य में सॉफ्टवेयर विकास में इन तकनीकों का संयोजन आपको क्लाउड कंप्यूटिंग और ओपनसीएल की पूरी शक्ति का उपयोग करने की अनुमति देगा

हाल ही में, उच्च स्तर की समानता वाले व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कंप्यूटिंग उपकरणों के लिए सॉफ्टवेयर विकास लोकप्रियता प्राप्त कर रहा है। ये GPGPU (GPU पर सामान्य-उद्देश्य संगणना), एक ही AMD फ्यूजन क्रिस्टल पर केंद्रीय और ग्राफिक कोप्रोसेसर के संयोजन के साथ-साथ विशेष रूप से कॉपीराइट करने वाले उपकरणों के साथ SIMD कमांड और वीडियो त्वरक के साथ आधुनिक मल्टी-कोर प्रोसेसर हैं। लगभग हर प्रकार के डिवाइस में अपना कमांड सिस्टम, वास्तुशिल्प सुविधाएँ और अनुप्रयोग विकास होता है, जिसके लिए पहले डेवलपर को कई प्रोग्रामिंग भाषाओं और एपीआई (एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफेस) का ज्ञान होना आवश्यक है। यह सब बहुत जटिल प्रोग्रामिंग है, और यह भी असंभव या आर्थिक रूप से मंच (विक्रेता लॉक-इन) को बदलने के लिए अक्षम है। हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर निर्माताओं के गठबंधन ने ओपनसीएल भाषा का विकास और मानकीकरण किया है, जो इन समस्याओं को हल करता है। यह एक खुला मानक है और ऑपरेटिंग सिस्टम विंडोज, लिनक्स और मैकओएस के लिए हार्डवेयर एएमडी, इंटेल, एनवीडिया, आईबीएम आदि के विभिन्न निर्माताओं से कई कार्यान्वयन हैं।

VisualStudio के लिए विंडोज के तहत, NVIDIA से प्लगइन्स हैं - समानांतर Nsight और AMD से gDEBugger। और अगर पहले से सूचीबद्ध ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए ओपनसीएल कंपाइलर और रनटाइम रनटाइम के साथ कोई समस्या नहीं है, तो एएमडी / एनवीडिया लिनक्स विकास पर्यावरण के साथ बहुत अधिक जटिल है।

जब होस्ट कोड OpenCL कोड का हिस्सा होता है जो डेटा तैयार करता है और OpenCL कर्नेल के काम का समन्वय करता है, तो यह जावा में लिखा जाता है, लिनक्स / विंडोज में डिबगिंग के साथ समस्याएं हैं। यदि आप क्रॉस-प्लेटफ़ॉर्म सर्वर सॉफ़्टवेयर विकसित करने के लिए बाज़ार में जावा प्लेटफ़ॉर्म की सफलता को याद करते हैं, तो यह स्पष्ट नहीं है कि हार्डवेयर विक्रेता अभी भी ओपनसीएल डेवलपमेंट टूल्स - डिबगिंग और प्रोफाइलिंग को ग्रहण आईडीई, नेटबीन्स आईडीई, इंटेलीज आइडिया में क्यों नहीं बनाते हैं। इस बीच, इन विकास परिवेशों में ऐसे तैयार उपकरण शामिल नहीं हैं जो तकनीक के साथ काम करने को सरल बनाते हैं, आइए आज उपलब्ध उपकरणों का उपयोग करके विकास की समस्याओं को हल करने का प्रयास करें। यह हमें आधुनिक कंप्यूटिंग उपकरणों पर काम करने के लिए एक प्रतिस्पर्धी औद्योगिक समाधान प्राप्त करने की अनुमति देगा।

जावा और ओपनसीएल साझा करने के फायदे और नुकसान

तो आपको OpenCL के लिए होस्ट कोड विकसित करने के लिए जावा प्लेटफॉर्म का उपयोग क्यों करना चाहिए? मैं इस विकल्प के पक्ष में कुछ तर्क दूंगा:

• क्रॉस-प्लेटफ़ॉर्म - जावा वर्चुअल मशीन (जेवीएम) कई प्लेटफार्मों के लिए मौजूद है - विंडोज, लिनक्स, मैकओएस, यूनिक्स। "एक बार लिखो, कहीं भी चलाओ।" JVM के विभिन्न विक्रेताओं, खुले स्रोत कार्यान्वयन से कार्यान्वयन भी हैं;
• डेवलपर्स / आर्किटेक्ट्स की एक बड़ी संख्या जो इस मंच को जानते हैं। सामूहिक विकास की सादगी और सुविधा, परीक्षण, डिबगिंग और प्रोफाइलिंग में आसानी, सॉफ्टवेयर रिलीज और उत्पादन में सिस्टम मॉड्यूल की डिलीवरी;
• विकास में उपयोग के लिए बड़ी संख्या में ओपन सोर्स लाइब्रेरी उपलब्ध हैं। जावा अनुप्रयोगों में उपलब्ध डेटा (http, साबुन, रेस्ट, smtp, scp, jms, CORBA, डेटाबेस - रिलेशनल / NoSQL, आदि) में उपलब्ध डेटा के स्रोतों और उपभोक्ताओं की एक असाध्य संख्या, उदाहरण के लिए, अपाचे कैमल घटकों से;
• क्लाउड अनुप्रयोगों के लिए प्लेटफ़ॉर्म: वितरित और लचीले अनुप्रयोगों को विकसित करने के लिए चौखटे की उपस्थिति, डेटा की बड़ी मात्रा में प्रसंस्करण, उदाहरण के लिए अपाचे हडोप का उपयोग करना ;
• बैंकों, वित्तीय संस्थानों, दूरसंचार क्षेत्र में एक मान्यता प्राप्त कॉर्पोरेट मानक: सिस्टम प्रशासकों का एक बड़ा कर्मचारी जो जेवीएम के काम का समर्थन करने में सक्षम है;
• कई प्रोग्रामिंग लैंग्वेज जो JVM: jruby, PHP (Caucho quercus), jython, javascript (Mozilla Rhino), Scala, आदि में चलाई जा सकती हैं। बड़ी संख्या में भाषाओं का अस्तित्व दोनों को मौजूदा अनुप्रयोगों के अनुकूलन और नए उत्पादों को अधिक उत्पादक रूप से विकसित करने की अनुमति देता है। नतीजतन, इन-प्रक्रिया इन भाषाओं से ओपन क्लास का उपयोग करके जावा कक्षाओं में बुलाती है। कभी-कभी विशेष रूप से उपयोग की जाने वाली भाषा के लिए ओपनसीएल एपीआई बाइंडिंग का उपयोग करना बेहतर होता है। कभी-कभी डीएसएल में उपयोग किए जाने वाले फ्रेमवर्क कुछ डेवलपर्स द्वारा जावा में लिखे जाते हैं और अन्य डेवलपर्स द्वारा जेवीएम के अंदर प्रोग्रामिंग भाषाओं में उपयोग किए जाते हैं;
• JavaCL OpenCL होस्ट कोड के लिए एक कॉम्पैक्ट और ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड API है।

जब आपको OpenCL होस्ट कोड लिखने के लिए जावा का उपयोग नहीं करना चाहिए:

• कचरा बीनने वाले की गैर-डीफ्रेंसिंग। आपके एप्लिकेशन को डेटा को संसाधित करने और प्रतिक्रिया जारी करने में कम देरी की आवश्यकता हो सकती है (उदाहरण के लिए, एक ट्रेडिंग सिस्टम या चिकित्सा उपकरणों के लिए एक नियंत्रण कार्यक्रम);
• जेवीएम और देशी कोड के बीच डेटा की प्रतिलिपि बनाने के लिए बड़े ओवरहेड की उपस्थिति, सहित OpenCL के कार्यान्वयन। इसमें jvm के लिए कोड की कमी भी शामिल है जो आपके द्वारा आवश्यक डेटा को पढ़ और लिख सकता है;
• एल्गोरिथ्म OpenCL वास्तुकला के ढांचे के भीतर प्रभावी ढंग से लागू नहीं किया जा सकता है। सभी एल्गोरिदम अच्छी तरह से समानांतर नहीं होते हैं ( Amdahl-Ware कानून ), बस पर डेटा ट्रांसफर का समय डिवाइस पर गणना समय की तुलना में कई गुना अधिक हो सकता है, आदि। यह समस्या सामान्य रूप से एल्गोरिथ्म और दृष्टिकोण से संबंधित है, और विशेष रूप से जावा में नहीं। OpenCL API कॉल के लिए कोई होस्ट कोड इस मामले में उपयोगी नहीं हो सकता है।

इसलिए, हमने फैसला किया कि हमारा कार्य ओपनसीएल के लिए उपयुक्त है और केवल जावा भाषा का उपयोग करके इसे प्रभावी रूप से लागू करना असंभव है। साथ ही हम जेवीएम का लाभ उठाना चाहते हैं। आइए विचार से कार्यान्वयन तक आगे बढ़ें।

प्रौद्योगिकी के

मैं AMD से एक कार्यान्वयन में ओपनसीएल को विकसित करने की सलाह देता हूं, अगर भविष्य में यह एक AMD + Radeon HD 5000/6000 CPU या AMD फ्यूजन पर आधारित डेस्कटॉप समाधान के बजाय सर्वर प्रोसेसर APU Opteron का उपयोग करने के लिए स्विच करने की योजना है। OpenCL के साथ काम करने के लिए एपीआई के रूप में जावासीएल । ओपनसीएल एपीआई के गतिशील पुस्तकालय के मूल कोड को कॉल करने के लिए ब्रिजेज का उपयोग करते हुए, हमें जेएनए की तुलना में प्रदर्शन लाभ मिलता है।

डिबगिंग टूल्स: टेक्स्ट यूजर इंटरफेस के साथ gdb या gdb फ्रंटेंड के रूप में ddd करें

कोड प्रोफाइलिंग के लिए, मैं एएमडी त्वरित समानांतर प्रसंस्करण (एपीपी) एसडीके से एएमडी एपीपी प्रोफाइलर का उपयोग करने की सलाह देता हूं, विकास के लिए एएमडी मालिकाना एफजीएलआरएक्स ग्राफिक्स चालक के साथ 11.04 ओएस। मावेन परियोजनाओं का समर्थन करने वाले किसी भी जावा आईडीई में विकास किया जा सकता है। लेकिन कोड लिखते समय OpenCL फ़ंक्शन के सिंटैक्स हाइलाइटिंग और संकलन के लिए समर्थन वर्तमान में केवल netbeans के लिए प्लगइन का समर्थन करता है। इस प्लगइन का काम बेहद अस्थिर था।

विकास के लिए आधारभूत संरचना तैयार करना और विकास प्रक्रिया अन्य जावा प्रौद्योगिकियों के साथ काम करने से अलग नहीं है।

डिबगिंग टूल अधिक जटिल हैं, लेकिन इस समस्या का एक समाधान भी है। एएमडी का ओपनसीएल रनटाइम आपको सीपीयू पर स्टार्टअप पर कर्नेल को डिबग करने की अनुमति देता है: ब्रेकप्वाइंट सेट करें और वेरिएबल वैल्यू प्रदर्शित करें, जिसमें वेक्टर प्रकार फ्लोट 4, इंट 4 आदि शामिल हैं। इसी समय, जीपीयू कार्यों को केंद्रीय प्रोसेसर पर अनुकरण किया जाता है, उदाहरण के लिए, बनावट के साथ काम करने के लिए। डिबगिंग विवरण में रुचि रखने वालों के लिए, Linux के तहत JavaCL और OpenCL डिबगिंग पर एक लेख है। इसके अलावा, परियोजना के लेखक ने जावा से कर्नेल कोड को डीबग करने के बारे में एक विकी पेज बनाया । OpenCL के लिए समर्थित gdb एक्सटेंशन का विवरण

आप एप्लिकेशन को प्रोफाइल करने के लिए एएमडी एपीपी प्रोफाइलर का उपयोग कर सकते हैं। जब लिनक्स पर लॉन्च किया जाता है, तो यह आपको एप्लिकेशन में ओपनसीएल कार्यों के संचालन पर आंकड़े एकत्र करने और लिबरऑफिस कैल्क टेबल प्रोसेसर में बाद के डेटा विश्लेषण के लिए एक सीएसवी फ़ाइल में सहेजने की अनुमति देता है। यह समझने के लिए कि आपका कोड कितनी आशा से काम करता है, आपको प्रोफाइलर द्वारा मापे गए मापदंडों के मूल्यों की व्याख्या करने की आवश्यकता है।

निष्कर्ष

लेख ने जावा प्लेटफॉर्म और ओपनसीएल तकनीक का उपयोग करके सॉफ्टवेयर विकास के फायदे और नुकसान की जांच की। बढ़ती समानता के पथ में कंप्यूटिंग उपकरणों के विकास के लिए संभावनाओं के कारण, सॉफ्टवेयर विकास का यह दृष्टिकोण जेवीएम पर उच्च-प्रदर्शन उद्यम और क्लाउड अनुप्रयोगों के विकास में मुख्य में से एक बनने का दावा करता है।