parallel-and-distributed-computing

This repository contains PDC course assignments.

Assignment 1

Розробка потоків та дослідження пріоритету запуску потоків

1. Реалізуйте програму імітації руху більярдних кульок, в якій рух кожної кульки відтворюється в окремому потоці (див. презентацію «Створення та запуск потоків в java» та приклад). Спостерігайте роботу програми при збільшенні кількості кульок. Поясніть результати спостереження. Опишіть переваги потокової архітектури програм.
2. Модифікуйте програму так, щоб при потраплянні в «лузу» кульки зникали, а відповідний потік завершував свою роботу. Кількість кульок, яка потрапила в «лузу», має динамічно відображатись у текстовому полі інтерфейсу програми.
3. Виконайте дослідження параметру priority потоку. Для цього модифікуйте програму «Більярдна кулька» так, щоб кульки червоного кольору створювались з вищим пріоритетом потоку, в якому вони виконують рух, ніж кульки синього кольору. Спостерігайте рух червоних та синіх кульок при збільшенні загальної кількості кульок. Проведіть такий експеримент. Створіть багато кульок синього кольору (з низьким пріоритетом) і одну червоного кольору, які починають рух в одному й тому ж самому місці більярдного стола, в одному й тому ж самому напрямку та з однаковою швидкістю. Спостерігайте рух кульки з більшим пріоритетом. Повторіть експеримент кілька разів, значно збільшуючи кожного разу кількість кульок синього кольору. Зробіть висновки про вплив пріоритету потоку на його роботу в залежності від загальної кількості потоків.
4. Побудуйте ілюстрацію для методу join() класу Thread з використанням руху більярдних кульок різного кольору. Поясніть результат, який спостерігається.
5. Створіть два потоки, один з яких виводить на консоль символ ‘-‘, а інший – символ ‘|’. Запустіть потоки в основній програмі так, щоб вони виводили свої символи в рядок. Виведіть на консоль 100 таких рядків. Поясніть виведений результат. 10 балів. Використовуючи найпростіші методи управління потоками, добийтесь почергового виведення на консоль символів.
6. • Створіть клас Counter з методами increment() та decrement(), які збільшують та зменшують значення лічильника відповідно. Створіть два потоки, один з яких збільшує 100000 разів значення лічильника, а інший – зменшує 100000 разів значення лічильника. Запустіть потоки на одночасне виконання. Спостерігайте останнє значення лічильника. Поясніть результат.
   • 10 балів. Використовуючи синхронізований доступ, добийтесь правильної роботи лічильника при одночасній роботі з ним двох і більше потоків. Опрацюйте використання таких способів синхронізації: синхронізований метод, синхронізований блок, блокування об’єкта. Порівняйте способи синхронізації.

Assignment 2

Розробка паралельних алгоритмів множення матриць та дослідження їх ефективності

1. Реалізуйте стрічковий алгоритм множення матриць. Результат множення записуйте в об’єкт класу Result.
2. Реалізуйте алгоритм Фокса множення матриць.
3. Виконайте експерименти, варіюючи розмірність матриць, які перемножуються, для обох алгоритмів, та реєструючи час виконання алгоритму. Порівняйте результати дослідження ефективності обох алгоритмів.
4. Виконайте експерименти, варіюючи кількість потоків, що використовується для паралельного множення матриць, та реєструючи час виконання. Порівняйте результати дослідження ефективності обох алгоритмів.

Assignment 3

Розробка паралельних програм з використанням механізмів синхронізації: синхронізовані методи, локери, спеціальні типи

1. Реалізуйте програмний код, даний у лістингу, та протестуйте його при різних значеннях параметрів. Модифікуйте програму, використовуючи методи управління потоками, так, щоб її робота була завжди коректною. Запропонуйте три різних варіанти управління.
2. Реалізуйте приклад Producer-Consumer application. Модифікуйте масив даних цієї програми, які читаються, у масив чисел заданого розміру (100, 1000 або 5000) та протестуйте програму. Зробіть висновок про правильність роботи програми.
3. Реалізуйте роботу електронного журналу групи, в якому зберігаються оцінки з однієї дисципліни трьох груп студентів. Кожного тижня лектор і його 3 асистенти виставляють оцінки з дисципліни за 100-бальною шкалою.
4. Зробіть висновки про використання методів управління потоками в java.

Assignment 4

Розробка паралельних програм з використанням пулів потоків, екзекьюторів та ForkJoinFramework

1. • Побудуйте алгоритм статистичного аналізу тексту та визначте характеристики випадкової величини «довжина слова в символах» з використанням ForkJoinFramework.
   • Дослідіть побудований алгоритм аналізу текстових документів на ефективність експериментально.
2. Реалізуйте один з алгоритмів комп’ютерного практикуму 2 або 3 з використанням ForkJoinFramework та визначте прискорення, яке отримане за рахунок використання ForkJoinFramework.
3. Розробіть та реалізуйте алгоритм пошуку спільних слів в текстових документах з використанням ForkJoinFramework.
4. Розробіть та реалізуйте алгоритм пошуку текстових документів, які відповідають заданим ключовим словам (належать до області «Інформаційні технології»), з використанням ForkJoinFramework.

Assignment 5

Застосування високорівневих засобів паралельного програмування для побудови алгоритмів імітації та дослідження їх ефективності

1. З використанням пулу потоків побудувати алгоритм імітації багатоканальної системи масового обслуговування з обмеженою чергою, відтворюючи функціонування кожного каналу обслуговування в окремому потоці. Результатом виконання алгоритму є розраховані значення середньої довжини черги та ймовірності відмови.
2. З використанням багатопоточної технології організувати паралельне виконання прогонів імітаційної моделі СМО для отримання статистично значимої оцінки середньої довжини черги та ймовірності відмови.
3. Виводити результати імітаційного моделювання (стан моделі та чисельні значення вихідних змінних) в окремому потоці для динамічного відтворення імітації системи.
4. Розробити модель паралельних обчислень для одного з алгоритмів, побудованих при виконанні лабораторних робіт 2-5 з використанням стохастичної мережі Петрі. 15 балів. Дослідити на моделі зростання часу виконання паралельного алгоритму при збільшенні розміру оброблюваних даних.
5. Побудувати теоретичні оцінки показників ефективності для одного з алгоритмів практичних завдань 2-5

Assignment 6

Розробка паралельного алгоритму множення матриць з використанням МРІ-методів обміну повідомленнями «один-до-одного» та дослідження його ефективності

1. Ознайомитись з методами блокуючого та неблокуючого обміну повідомленнями типу point-to-point (див. лекцію та документацію стандарту MPI)
2. Реалізувати алгоритм паралельного множення матриць з використанням розподілених обчислень в OpenMPI з використанням методів блокуючого обміну повідомленнями (лістинг 1)
3. Реалізувати алгоритм паралельного множення матриць з використанням розподілених обчислень в OpenMPI з використанням методів неблокуючого обміну повідомленнями.
4. Дослідити ефективність розподіленого обчислення алгоритму множення матриць при збільшенні розміру матриць та при збільшенні кількості вузлів, на яких здійснюється запуск програми. Порівняйте ефективність алгоритму при використанні блокуючих та неблокуючих методів обміну повідомленнями.

Assignment 7

Розробка паралельного алгоритму множення матриць з використанням МРІ-методів колективного обміну повідомленнями («один-до-багатьох», «багато-до-одного», «багато- до-багатьох») та дослідження його ефективності

---

Sources

• The Java Tutorials Lesson: Concurrency
• FastMPJ User’s Guide
• Foster I. Designing and Building Parallel Programs