4.2.5 병렬 루프 (Ada 2022)

Ada 2022는 병렬 루프를 도입하여, for 루프의 반복들이 여러 논리적 제어 스레드에 의해 동시에 실행될 수 있게 합니다. 이 기능은 루프의 작업 부하를 분산시켜 멀티코어 프로세서에서 계산 집약적인 작업의 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

구현 참고: 병렬 루프 기능은 Ada 2022 표준에 추가된 사항입니다. GCC 15 기준으로, GNAT 컴파일러는 아직 parallel키워드를 지원하지 않습니다. 따라서 다음 구문과 예제들은 Ada 2022 명세에 기반한 것이며, 현재의 GNAT 버전으로는 컴파일되지 않을 수 있습니다.

병렬 루프는 표준 for 루프 구문 앞에 오는 parallel 키워드로 표시됩니다. 런타임 시스템은 루프의 반복들을 하나 이상의 청크(chunk)로 분할하며, 각 청크는 별도의 논리적 스레드에 의해 처리됩니다. 어떤 형태의 병렬 루프에서도 reverse 키워드는 허용되지 않는다는 점에 유의해야 합니다.

Ada 2022는 세 가지 주요 형태의 병렬 반복을 정의합니다.

1. 이산 범위에 대한 병렬 for 루프

이것은 병렬 루프의 가장 직접적인 형태로, 이산 범위(예: 정수 또는 열거형 범위)에 대한 반복이 병렬화됩니다.

구문:

parallel for loop_parameter in discrete_subtype_definition loop
  -- 일련의 문장들
end loop;

예제:

-- 각 인덱스에 대한 독립적인 계산을 병렬로 수행
parallel for i in 1 .. 100 loop
  process_data (i);
end loop;

2. 배열 및 컨테이너를 위한 병렬 반복자

이 형태는 배열의 원소나 병렬 반복자 인터페이스를 제공하는 모든 컨테이너 타입(특히, Ada.Iterator_Interfaces.Parallel_Iterator에서 파생된 타입)에 대한 병렬 반복을 허용합니다.

구문:

parallel for element of Iterable_Container loop
  -- 일련의 문장들
end loop;

예제 (병렬 컴포넌트 반복): 이 예제는 2차원 배열의 각 원소를 병렬로 두 배로 만듭니다.

-- Board는 Float 타입의 2차원 배열
parallel for element of Board loop
  element := element * 2.0;
end loop;

3. 병렬 절차적 반복자

이 고급 형태는 프로시저를 사용하여 반복을 제어합니다. 지정된 프로시저가 Parallel_Iterator => True 애스펙트를 가지고 있다면 루프는 병렬화됩니다. 이는 프로시저 자체가 여러 스레드에서 루프 본문을 안전하게 호출하도록 설계되었음을 나타냅니다.

구문:

parallel for (parameters) of Iterator_Procedure loop
  -- 일련의 문장들
end loop;

청크 명세 (Chunk Specification)

프로그래머는 chunk_specification을 제공하여 작업 부하가 어떻게 분할되는지에 영향을 줄 수 있습니다. 이는 병렬 실행의 세분성을 미세 조정할 수 있게 합니다. 청크를 명시하는 두 가지 방법이 있습니다.

1. 최대 개수로: 정수 표현식이 최대 청크 수를 정의합니다.
2. 청크 서브타입으로: 이산 서브타입이 청크의 집합을 정의합니다. 이 형태는 또한 루프 내에서 특정 청크를 식별하는 데 사용할 수 있는 청크 파라미터를 암묵적으로 선언하여, 결과를 분할하는 데 유용합니다.

예제 (서브타입을 사용한 청크 명세): 이 루프는 최대 8개의 청크를 사용하여 부분 계산을 병렬로 수행합니다. Chunk_Number 타입의 Chunk 파라미터는 루프 내에서 어떤 스레드가 데이터의 어느 부분을 작업하고 있는지 구별하는 데 사용할 수 있습니다.

declare
  subtype Chunk_Number is Natural range 1 .. 8;
  partial_sum : array (Chunk_Number) of Natural := (others => 0);
  grid        : array (1 .. 1_000) of Boolean;
  -- ... grid가 초기화됨
begin
  parallel (chunk in Chunk_Number)
  for i in grid'range loop
    if grid(i) then
      -- 이 연산은 스레드-안전해야 함. 예제는 간결함을 위해 '@'를 사용했지만,
      -- 실제 구현에서는 스레드-안전한 업데이트를 위해 원자적 연산이나
      -- 보호 객체가 필요할 것임
      partial_sum(chunk) := @ + 1;
    end if;
  end loop;
  -- ... partial_sum으로부터 최종 결과를 집계
end;

https://nimfsoft.art/ko/books/ada-programming/#425-%EB%B3%91%EB%A0%AC-%EB%A3%A8%ED%94%84-ada-2022

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