Workflows paramétricos para aplicações do método dos elementos finitos em ambientes paralelos heterogêneos

Abstract

O objetivo geral deste trabalho é o desenvolvimento de um sistema de workflows paraméricos para aplicações do método dos elementos finitos (MEF) em ambientes paralelos heterogêneos. Um workflow é um processo definido por um conjunto de atividades que executam sequencialmente e/ou em paralelo e que podem produzir, transformar ou consumir dados. O fluxo de execuçãao de um workflow é definido por canais que ligam uma porta de saída de uma atividade de origem a uma porta de entrada de outra atividade de destino. Por um canal podem trafegar dados ou um sinal de controle da atividade de origem `a de destino, indicando que a última pode iniciar sua execução. Um workflow paramétrico é um modelo no qual uma ou mais atividades são argumentos de tipo do workflow. No sistema proposto, workflows podem ser gerados a partir de um workflow paramérico definindo-se quais são os tipos de atividades correspondentes a cada um dos argumento de tipo do modelo. O sistema é escrito em C++ e constituído de três componentes principais: uma interface gráfica através da qual o usuário pode interativamente criar, modificar, armazenar e executar workflows; um motor que atua como uma máquina virtual paralela responsável pela execução de workflows; e uma biblioteca de atividades primitivas que representam os principais blocos básicos de construção de um programa, tais como sentenças de seleção, repetição, desvio e expressões. Embora possa ser destinado a outros tipos de aplicação, o projeto do sistema foi voltado para especificação de programas de análise numérica via MEF baseados em um arcabouço cujos componentes de software foram desenvolvidos pelo Grupo de Visualização, Simulacão e Jogos Digitais da FACOM–UFMS. Tal arcabouço, em conjunto com o sistema de workflows paramétricos proposto neste trabalho, permitem a geração interativa e visual de aplicações de simulação via MEF e sua execução em ambientes paralelos formados por CPUs de vários núcleos e uma ou mais unidades de processamento gráfico (GPUs).

ABSTRACT - The aim of this work is the development of a parametric workflow system for finite element method (FEM) applications in parallel heterogeneous environments. Workflow is a process defined by a set of activities which execute sequentially and/or in parallel and can produce, transform or consume data. The execution flow of a workflow is defined by channels connecting an output port of an source activity to an input port of a target activity. By a channel can travel data or control signals from the source acticity to the target activity, indicating that the latter can be executed. A parametric workflow is a model in which one or more activities are workflow type arguments. In the proposed system, workflows can be generated from a parametric workflow defining which activity type corresponds to each workflow type argument. The system is developed in C++ and consists of three main components: a graphical interface from which users can interactively create, modify, store and execute workflows; an engine that works as a parallel virtual machine responsible for executing workflows; and an API with a set of primitive activities representing the main language programming structures such as selection, repetition, jump, and expression statements. Although it can be used for other purposes, the system was designed for developing programs via FEM numerical analysis based on a framework whose software components were developed by the Group of Visualization, Simulation and Games at FACOM–UFMS. This framework, in conjunction with the parametric workflow system proposed in this work, allow the interactive and visual generation of simulation applications via MEF and their implementation on parallel environments composed of multi-core CPUs and one or more graphics processing units (GPUs).