並列オブジェクトを用いる

次に 並列オブジェクトを用いる場合について示す. ここでは, ２種類の記述を示す.

1. １つのセルを１つの並列オブジェクトとする
   • オブジェクトの定義
     ; ABCL/f program

           ; 並列オブジェクトの定義
           (defclass mesh ()
     
               ; 並列オブジェクトの番号(=セルの番号)
               (fixnum num)
     
               ; 時刻 T(n) における 圧力, エンタルピ, 密度, 密度×流速
               (real p-n)    (real h-n)    (real r-n)    (real ru-n)
     
               ; 時刻 T(n+1) における 圧力, エンタルピ, 密度, 密度×流速
               (real p-n+1)  (real h-n+1)  (real r-n+1)  (real ru-n+1)

               ; 左隣のセルへのポインタ
               (mesh left)
     
               ; 右隣のセルへのポインタ
               (mesh right))

   • オブジェクトの生成
     ; ABCL/f program

           (mesh i
                 p-n-ini    h-n-ini    r-n-ini    ru-n-ini
                 p-n+1-ini  h-n+1-ini  r-n+1-ini  ru-n+1-ini
                 left-mesh
                 right-mesh)

     
     ここでは, オブジェクト(クラス)名 mesh で 定義される並列オブジェクトを生成している.
     (<クラス名> <初期値> ...)
     とすることで, 並列オブジェクトが生成され, 戻り値として返される. left-mesh, right-mesh は, すでに生成された並列オブジェクト または, 空のオブジェクトである. 並列オブジェクトに(初期)設定された値は, 後に(何度でも)変更可能である.
   • オブジェクトの生成とPEへの割り付け
     オブジェクトの生成は前項で述べた通りである. ここでは, そのオブジェクトをどのPEに割り付けるかを指定する方法を述べる.
     ; ABCL/f program

           (now
                (mesh i
                      p-n-ini    h-n-ini    r-n-ini    ru-n-ini
                      p-n+1-ini  h-n+1-ini  r-n+1-ini  ru-n+1-ini
                      left-mesh
                      right-mesh)
             :on pe)
            ; pe(整数) で表されるPEにオブジェクトが生成される.

     
     すべてのオブジェクトを リストbar にまとめておき, ここでは, dolist を用いて 各オブジェクトに対して メソッドcalc-ru を起動している. 起動時には, future を用い メソッドの終了を待たない. ただし, メソッドの戻り値用の領域を確保しておき, すべてのオブジェクトに対してメソッドの起動を行なった後, touchを用いてすべてのメソッドが終了したかどうかを 確かめている. 各オブジェクトに対して同じメソッドを起動し, すべてのメソッドが終了するのを確認した後に次の処理に進む.
   • 計算式
     前項にて起動されるメソッドにおいて, どのように計算式が記述されているかを示す.
     ; ABCL/f program

           (let ((left-r-n    (get-r-n   left))
                 (left-ru-n   (get-ru-n  left))
                 (right-p-n+1 (get-p-n+1 right)))
                ; get-r-n は, オブジェクト(クラス)mesh のメソッドであり, 
                ; 指定された並列オブジェクト(ここでは, left)

                ; の持つ r-n の値を返す. 
                ; get-ru-n, get-p-n+1 も同様であり, 
                ; それぞれ, ru-n, p-n+1 の値を返す. 
     
             (set-ru-n+1 self (+ ru-n
                                 (* DT
                                    (- (/ (- (/ (* left-ru-n left-ru-n)
                                                left-r-n)
                                             (/ (* ru-n ru-n)
                                                r-n))
                                          DX)
                                       (/ (* (- right-p-n+1 p-n+1)
                                             GX)
                                          DX)))))
             ; set-ru-n+1 は, クラスmesh のメソッドであり, 
             ; 指定された並列オブジェクト(ここでは, self = 自己)の
             ; ru-n+1 に値を設定する.

     まずはじめに 両端のセルにある必要な値をローカルな変数にバインドする. 隣のセルは, 他の並列オブジェクトに存在するため PE間通信をともなう. 計算に必要な値を用意した後, 計算を行なう. 上に示したように, FORTRAN などのプログラムに比べ, 計算式が非常にみにくくなっているのが分かる.

2. 複数のセルを１つの並列オブジェクトとする
   • オブジェクトの定義
     ; ABCL/f program

           ; 並列オブジェクトの定義
           (defclass mesh-+vector ()
     
               ; 並列オブジェクトの番号
               (fixnum num)

               ; 時刻 T(n) における 圧力, エンタルピ, 密度, 密度×流速
               ; 複数セル分必要なので ベクトルを用いる
               ((vector real) p-n)  ((vector real) h-n)
               ((vector real) r-n)  ((vector real) ru-n)
     
               ; 時刻 T(n+1) における 圧力, エンタルピ, 密度, 密度×流速
               ; 複数セル分必要なので ベクトルを用いる
               ((vector real) p-n+1)  ((vector real) h-n+1)
               ((vector real) r-n+1)  ((vector real) ru-n+1)
     
               ; 左隣の並列オブジェクトへのポインタ
               (mesh left)
     
               ; 右隣の並列オブジェクトへのポインタ
               (mesh right))

   • オブジェクトの生成
     

           (mesh-+vector
                 i
                 (make-vector VN p-n-ini)    (make-vector VN h-n-ini)
                 (make-vector VN r-n-ini)    (make-vector VN ru-n-ini)
                 (make-vector VN p-n+1-ini)  (make-vector VN h-n+1-ini)
                 (make-vector VN r-n+1-ini)  (make-vector VN ru-n+1-ini)
                 left-mesh
                 right-mesh)
           ; 定数 VN は, 1つの並列オブジェクトに含まれるセルの数

     
     ここでは, オブジェクト(クラス)名 mesh-+vector で 定義される並列オブジェクトを生成している. (クラス名 初期値 ...)
     とすることで, 並列オブジェクトが生成され, 戻り値として返される. このオブジェクトには配列が含まれているので, 初期値として, (make-vector ...) の戻り値を設定している. left-mesh, right-mesh は, すでに生成された並列オブジェクト または, 空のオブジェクトである. 並列オブジェクトに(初期)設定された値は, 後に(何度でも)変更可能である.
   • オブジェクトの生成とPEへの割り付け
     「1つのセルを1つの並列オブジェクトとする」と同様である.
   • 計算メソッドの呼び出し
     「1つのセルを1つの並列オブジェクトとする」と同様である.
   • 計算式
     

           (dotimes (c (- VN 2))
             (vsetf ru-n+1 (+ c 1)
                    (+ (vref ru-n (+ c 1))
                       (* DT
                          (- (/ (- (/ (* (vref ru-n c)
                                         (vref ru-n c))
                                      (vref r-n c))
                                   (/ (* (vref ru-n (+ c 1))
                                         (vref ru-n (+ c 1)))
                                      (vref r-n (+ c 1))))
                                DX)
                             (/ (* (- (vref p-n+1 (+ c 2))
                                      (vref p-n+1 (+ c 1)))
                                   GX)
                                DX))))))

     
     両端に隣接するセルからの値の受けとり部がない. ここでは, 計算をはじめる前に 必要な隣接するセルから値を受けとり, 自己の配列の両端に保持してあるからである. したがって, 各オブジェクトの持つ配列の両端のセルに対しては, 計算を行なう必要がなく, そのセルが持つ値が参照されるだけである. つまり, 計算対象となるセルを配列で表し, その両端に計算に必要な隣接セルの値を保持するための領域を追加してある.