%% %% $Id$ %% %% Copyright 1989-2016 MINES ParisTech %% %% This file is part of PIPS. %% %% PIPS is free software: you can redistribute it and/or modify it %% under the terms of the GNU General Public License as published by %% the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or %% any later version. %% %% PIPS is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY %% WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or %% FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. %% %% See the GNU General Public License for more details. %% %% You should have received a copy of the GNU General Public License %% along with PIPS. If not, see . %% \documentclass[12pt]{article} \usepackage[latin1]{inputenc} \input{/usr/share/local/lib/tex/macroslocales/Dimensions.tex} \newcommand{\titre}{DEFINITION DU SOUS-FORTRAN PIPS \\ RESTRICTIONS ET EXTENSIONS} \newcommand{\auteur}{Rémi TRIOLET} \newcommand{\docdate}{Mars 1988} \newcommand{\numero}{E103} \begin{document} \input{/usr/share/local/lib/tex/macroslocales/PageTitre.tex} \section{Présentation des programmes} L'ONERA nous a fourni les quatre programmes suivants: \begin{itemize} \item AILE: écoulement 3d transonique autour d'une aile en flèche; \item CR2CNF: calcul des matrices sans bulles; \item OA118: équations intégrales; \item TMINES: programme de calcul de l'écoulement potentiel dans une tuyère à section rectangulaire variable. \end{itemize} Les tailles des ces quatre programmes sont données par le tableau suivant: \begin{verbatim} Fichier Nombre de Lignes Taille en octets aile.f 3011 92107 cr2cnf.f 989 31956 oa118.f 1449 39003 tmines.f 1042 25873 total 6491 188939 \end{verbatim} Le nombre et les noms des modules -- FUNCTIONS ou SUBROUTINES -- composant ces quatre programmes sont donnés par le tableau suivant: \begin{verbatim} Programme Functions Subroutines Noms AILE 1 D 25 CHRONO CLCOUPJ CLCOUPK CLGLISJ CLGLISK CLGLISP CLINJEC CLNOREF CLTANGT COEF CORREC DISSB DISSIP DIST EDITION EFFORTS EXTR F GEOM INIT NORM POUSSE PREDIC PVN RESIDU CR2CNF 3 DPHI PHI SDOT 23 CHOLES DESCEN FRONT IMPFRO IMPRIF IMPRIM INITB INITBM INVFRO INVOPT MATELT MBTELT MXV MXVADD NBDIAG OASSEM TESFRO TRANSP VCLR VMOV VSUB ZASSEM ZPROAX OA118 1 SDOT 9 GRAD1 SOLV SOLV3 OAMAT1 OAMET OAVITEL PHWAK PHWPAN PMAT TMINES 0 10 CALCG CALMAT DES MAILLA POLTRI PREPCG PROD REP RESUL ROMAT \end{verbatim} \section{Restrictions et extensions} Aucune des restrictions que nous souhaitons faire à Fortran n'est présente dans ces quatre programmes, à l'exception de l'utilisation des constantes Hollerith. Cela signifie que les restrictions que nous proposons dans la suite de ce document n'entrainent pratiquement pas de modifications des programmes originaux. \paragraph{} Trois de ces quatre programmes sont parfaitement compatibles avec la norme Fortran 77 (Norme ANSI X3.9-1978). Par contre, le programme AILE utilisent les entrées sorties asynchrones BUFFER~IN et BUFFER~OUT, ainsi que la fonction INIT qui permet d'attendre la fin d'un échange asynchrone. Ces extensions sont admises par la plupart des grands constructeurs (IBM, CDC, CRAY, etc.), et de plus, elle sont relativement utiles. En conséquence, elles risquent d'être présentes dans d'autres programmes scientifiques, et c'est pourquoi nous avons décidé de les incorporer à notre sous-ensemble de Fortran. Il en est de même pour l'extension classique qui consiste à permettre au programmeur de spécifier la longueur en unités de longueur numériques (généralement des octets) de chaque type de données numérique: LOGICAL*1 BOOL, REAL*8 MAT(N,N), ... \paragraph{} La définition de notre sous ensemble de Fortran, noté Fortran PIPS dans la suite de ce document, est conforme à la norme ANSI X3.9-1978, à l'exception des restrictions citées dans la section~\ref{restrictions} et des extensions citées dans la section~\ref{extensions}. Nous donnons en annexe les SYNTAX CHARTS de la norme ANSI modifiés en tenant compte des restrictions et des extensions. Les restrictions sont surlignées en vert. Les extensions ont été dessinées en respectant le format de la norme; elles sont signalées par un trait vertical bleu dans la marge. \subsection{Restrictions} \label{restrictions} \paragraph{Instruction ENTRY.} L'instruction ENTRY permet de spécifier des points d'entrée multiples pour un module. Son utilisation crée des difficultés pour un analyseur automatique car le graphe des appels -- graphe qui permet de savoir quels modules sont appelés par un module donné -- peut devenir très complexe. Cette instruction est peu utilisée, et de toute manière peut être eliminée facilement en dupliquant les modules contenant des ENTRYs. \paragraph{Module BLOCK DATA.} Les modules BLOCK DATA permettent de regrouper les initialisations par DATA des variables globales. Fortran ne perd rien à sa généralité si on interdit les BLOCK DATA et si on insère dans le PROGRAM les initialisations contenues dans ceux-ci. \paragraph{Instructions ASSIGN et GOTO nom-de-variable.} L'instruction ASSIGN permet de stocker dynamiquement un label dans une variable de type INTEGER. L'instruction GOTO nom-de-variable permet d'exécuter un branchement vers le label contenu dans une variable. Un programme contenant ces deux instructions est particulièrement difficile à lire pour un programmeur, car le saut peut aboutir n'importe où. Dans le cas d'une analyse automatique, l'utilisation des ces constructions va résulter en un graphe de contrôle complexe qui fera apparaitre de nombreuses dépendances de contrôle. Les transformations de parallélisation seront très improbables. Ces deux instructions peuvent être éliminées en remplaçant les instructions \verb+ASSIGN label TO variable+ par des affectations \verb+variable = label+, et les instructions \verb+GOTO variable+ par une suite d'instructions \verb+IF (variable .EQ. label) GOTO label+. \paragraph{Instruction RETURN expression.} Les retours secondaires de subroutine permettent d'exécuter un branchement après une instruction CALL dont la destination dépend d'une valeur transmise au moment de l'exécution du RETURN dans la procédure appelée. Cette construction pose les mêmes problèmes de complexité du graphe de contrôle que précédemment. Elle peut être remplacée en transformant la subroutine en fonction et en exécutant apr\`s le CALL un branchement vers un label calculé à partir du résultat renvoyé par la fonction. \paragraph{Instruction COMPUTED GOTO.} Cette instruction permet d'exécuter un branchement vers un label dont la valeur dépend de la valeur d'une expression entière. Cette construction pose les mêmes problèmes de complexité du graphe de contrôle que précedemment. Elle peut être remplacée par une suite d'instructions \verb+IF (variable .EQ. valeur) GOTO label+. \paragraph{Instruction INQUIRE.} L'instruction INQUIRE permet d'interroger le système d'exploitation sur les caractéristiques d'un fichier. Elle est très peu utilisée, et n'a aucun impact sur la parallélisation automatique. \paragraph{Extraction de sous-chaines.} Fortran 77 permet de déclarer des variables chaines de caractères, puis de référencer des portions de ces variables. Cette possibilité augmente la complexité des programmes d'analyse de la représentation interne. Cette construction est très peu utilisée et n'a aucun impact sur la parallélisation. Nous conservons donc le type chaine de caractères, mais interdisons la possibilité d'utiliser des sous-chaines. \subsection{Extensions} \label{extensions} Nous introduisons dans le Fortran PIPS la possibilité de préciser le nombre d'octets utilisés par les types de données, comme dans: \begin{verbatim} REAL*4 T1,T2,TMP(2),TL1,TL2,ETIME REAL*4 T1,T2,TMP(2),ETIME REAL*8 FUNCTION PHI(J,X) \end{verbatim} Nous introduisons d'autre part les instructions d'entrées-sorties asynchrones BUFFER IN et BUFFER OUT, dont la syntaxe est la suivante: \begin{verbatim} BUFFER IN (UNIT, MODE) (BBLOCK, EBLOCK) BUFFER OUT (UNIT, MODE) (BBLOCK, EBLOCK) \end{verbatim} où UNIT est le numéro de l'unité d'entré-sortie, MODE est une constante spécifiant le mode d'entrée-sortie, BBLOCK et EBLOCK sont des noms de variables ou d'éléments de tableaux indiquant la zone à tranférer. \subsection{Mise en conformité des programmes de l'ONERA} Les programmes de l'ONERA n'ont presque pas été modifiés. L'utilitaire UNIX \verb+diff+ a été utilisé pour obtenir les différences suivantes. \paragraph{Programme CR2CNF.} Aucune modification. \paragraph{Programme TMINES.} Aucune modification. \paragraph{Programme OA118.} Ajout d'une fonction CLOCK pour simuler l'appel système CLOCK, inexistant sous Sun OS. \begin{verbatim} En plus: INTEGER*4 FUNCTION CLOCK() CLOCK = TIME() RETURN END \end{verbatim} \paragraph{Programme AILE.} Remplacement des constantes Hollerith utilisées dans des initialisations par DATA par les constantes chaines de caractères équivalentes; rappelons que les constantes Hollerith ont été éliminées de la norme Fortran en 1978. Suppression des paramètres formels du programme principal; ceux-ci sont utilisés comme interface avec le système d'exploitation chez certains constructeurs, et ne sont d'aucun intérêt pour la parallélisation. \begin{verbatim} Avant PROGRAM AILE(INPUT=129,OUTPUT,TAPE1=INPUT,TAPE2=OUTPUT,TAPE4, 1 TAPE5=0,TAPE6=0,TAPE7=0,TAPE8=0,TAPE9=0) Apres PROGRAM AILE Avant DATA TIT/10H MA,10HCH , 1 10H ENTR,10HOPIE , 2 10H PRESSION,10H STATIQUE , 3 10H R,10HO , 4 10H ANGLE ,10H(OX,OY) , 5 10H ANGLE ,10H(OX,OZ) , 6 10H PAS DE TE,10HMPS X 1000/ Apres DATA TIT/' MA','CH ', 1 ' ENTR','OPIE ', 2 ' PRESSION',' STATIQUE ', 3 ' R','O ', 4 ' ANGLE ','(OX,OY) ', 5 ' ANGLE ','(OX,OZ) ', 6 ' PAS DE TÉ,'MPS X 1000'/ \end{verbatim} \section{Problèmes divers} Les problèmes suivants devront être abordés lors de la première réunion avec l'ONERA. \paragraph{Exécution des programmes.} Il est important pour le projet PIPS de pouvoir exécuter les programmes de l'ONERA pour vérifier, avec les résultats, que les transformations effectuées n'ont pas modifié la sémantique des programmes. Les programmes OA118 et AILE ne peuvent actuellement pas être exécutés: OA118 lit un fichier OARES inexistant, et AILE fait des E/S asynchrones. Les deux autres programmes peuvent être exécutés, mais en un temps très long. Il faudrait donc d'une part trouver une solution pour les programmes non exécutables, et d'autre part, que les chercheurs de l'ONERA nous indiquent quelles variables il faut modifier pour obtenir des temps d'exécution raisonnables. \paragraph{Variables statiques.} Il faudra vérifier avec les chercheurs de l'ONERA que les programmes fournis ne sont pas basés sur le fait que les variables locales sont statiques, ce qui est contraire à la norme mais hélas dans les usages, et qui fait perdre beaucoup de parallélisme interprocédural. \section{Conclusion} Les restrictions présentés dans ce document ne suppriment aucune difficulté, mais limitent le volume de code à ècrire pour le projet PIPS. Les points clef tels que COMMON, EQUIVALENCE, fonction passée en paramètre, etc. sont tous pris en compte. \end{document} \end