Comparación de rendimiento y esfuerzo de programación entre Rust y C en arquitecturas multicore

Título:

Comparación de rendimiento y esfuerzo de programación entre Rust y C en arquitecturas multicore: caso de estudio: simulación de N cuerpos computacionales

Autor:

Costanzo, Manuel

Otros autores / Colaboradores:

 Naiouf, Ricardo Marcelo; [ Director/a]  Rucci, Enzo; [ Codirector/a] 

Temas:

COMPUTACIÓN DE ALTO RENDIMIENTO - HPC; LENGUAJE C; 

URL:

http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/120119,

Palabras clave:

Rust, 

Nota de tesis:

Trabajo Final Integrador (Especialización en Cómputo de Altas Prestaciones y Tecnología Grid) - Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Informática, 2021.

Extensión:

1 archivo (827,4 kB) : il. col.

Resumen:

Históricamente, Fortran y C han sido los lenguajes de programación por defecto en la computación de alto rendimiento (High-Performance Computing, HPC). Ambos ofrecen al programador primitivas y funciones que permiten manipular la memoria del sistema e interactuar directamente con el hardware subyacente, resultando en un código eficiente tanto en tiempos de respuesta como en uso de recursos. Como contrapartida, resulta un verdadero desafío generar código que sea mantenible y escalable a lo largo del tiempo en estos tipos de lenguajes. En el 2010 surge Rust, un nuevo lenguaje de programación diseñado para aplicaciones concurrentes y seguras, que adopta características de lenguajes procedurales, orientados a objetos y funcionales. Entre sus principios de diseño, Rust busca igualar a C en términos de eficiencia pero aumentado la seguridad y la productividad del código. Este trabajo presenta un estudio comparativo entre C y Rust en términos de rendimiento y esfuerzo de programación, seleccionando como caso de estudio la simulación de N cuerpos computacionales (N-Body), un problema popular en la comunidad HPC. A partir del trabajo experimental, fue posible determinar que Rust es un lenguaje que reduce el esfuerzo de programación, manteniendo rendimientos aceptables, posicionándolo como una posible alternativa a C para HPC.

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1. Introducción 
1.1. Motivación 
1.2. Objetivo y metodología 
1.3. Contribuciones

2. Antecedentes 
2.1. Lenguajes de programación 
2.2. Lenguajes de programación tradicionales en HPC 
2.2.1. Lenguaje de programación C
2.3. Rust 
2.3.1. Orígenes y actualidad 
2.3.2. Características principales 
2.3.3. Concurrencia y paralelismo
2.4. Simulación de N cuerpos Computacionales con Atracción Gravitacional
2.4.1. Implementación en C 
2.5. Resumen

3. Aceleración de la Simulación de N Cuerpos Computaciones
con Atracción Gravitacional usando Rust 
3.1. Implementación secuencial base 
3.2. Optimizaciones 
3.2.1. Multi-hilado
3.2.2. Iterador fold 
3.2.3. Optimizaciones matemática
3.2.4. Vectorización 
3.2.5. Jemalloc 
3.2.6. Procesamiento por bloques
3.3. Resumen

4. Resultados Experimentales 
4.1. Diseño experimental
4.2. Rendimiento 
4.3. Esfuerzo de programación 
4.4. Trabajos relacionados 
4.5. Resumen

5. Conclusiones y Líneas de Trabajo a Futuro