并行 JavaScript 机

作者：Vladas Saulis，PE Prodata，克莱佩达，立陶宛

2024年5月18日

摘要
本文提出了一种新的编程模型，可以以简单且自动平衡的方式利用多核 CPU 系统。该模型还提出了一种更简单的编程范式，用于在大多数大规模并行计算领域（例如天气预报、核物理、搜索引擎等）开发并行任务和系统。

近年来，由于新硬件架构的进步和更好的性能，我们面临着计算理念的新转变。多核架构将在不久的将来成为主流技术。

我们可以做什么来利用这个优势？本文是关于我们可能拥有的解决方案之一。

所提出的计算模型（称为“对象流模型”）还为伯克利著名论文[1]中提出的问题提供了一些答案。以下是使用此模型可以实现的优点的简短列表：

· 简单的编程过程和进一步的维护

· 可以动态添加或删除对象处理单元 (OPU) 时的自然 OPU (CPU) 集成和迁移

· 自动负载平衡

· 任务各部分之间无需同步

· 系统级别很少或没有互锁

所有这些特性都在并行 JavaScript 机 (PJM) 中实现，本文档下面对此进行了描述。 PJM 可以被视为一个迷你操作系统，它控制多个 JavaScript 任务、多个用户和多个前端控制台。

简介
PJM (OS) 的主要目标是通过引入特殊指令（提示）来简化并行编程，这些指令以 //#pragma .

形式专门制作的注释表示。

并行 JavaScript 机器使用 NodeJS，并被实现为前端的 Web 服务器，以及真正并行执行代码的 OPU 的服务器。 OPU 也是用 NodeJS 实现的小型 JavaScript 网络客户端。它们可以根据需要有任意多个，本地或远程连接到主并行机服务器。并行处理的整体性能很大程度上取决于连接的 OPU 的数量。

所有系统部件一起工作，可以被理解为一个迷你操作系统，它启动并解析正在运行的 JavaScript 任务，将它们的块放入系统执行队列中，并在选定的块之间提供某种协作多任务处理。通过主服务器将 OPU 的 console.log 输出管道化，将计算结果打印到 Web 客户端的控制台。每个 OPU 都分配给自己的 CPU（本地或远程），并通过简单的循环调度程序进行工作（稍后将进行解释）。这是通过使用 PM2 流程管理器 Node 模块来实现的。

“尽管与旧的二进制文件和 C 程序的兼容性对行业很有价值，并且一些研究人员正在努力帮助多核产品计划取得成功，但我们一直在思考更大胆的想法。我们的目标是实现数千个处理器……”[1] 不需要在单个物理计算机上，而是在整个网络中，所有这些都由中央服务器单元协调。从系统的角度来看，所有 CPU/OPU 都通过内部网络套接字协议进行操作，该协议不区分本地和远程 CPU。服务器 (PJM) 和客户端 (OPU) — 全部用 JavaScript 编写，因此它与 C 二进制文件不兼容。

所有在 PJM 中运行的并行程序不得使用 ES6+ JavaScript 扩展（必须使用 ES5）。在这里需要指出的是，诸如 类、箭头函数、let 和 const，尤其是 async/await 之类的扩展很难并行化，需要更彻底的 JavaScript 内部研究。这就是 PJM 在 NodeJS V8.2.1 上运行的原因。所有节点模块都锁定到此版本，以获得更好的性能和概念清晰度。

PJM 是通过位于 http://parallel-js.net:8888 的 Web 控制台进行控制和运行的。它通常是这样的：

Web 控制台是使用 ExtJS 框架编写的，并使用 express.js HTTP NodeJS 模块连接到 PJM 服务器。 Web 控制台的另一部分（称为控制台和消息）使用 WebSockets 连接。这是所有程序的输出和系统消息实时到达的地方。重要的是要知道，Web 控制台中没有执行任何真正的计算 - 所有计算都是在 PJM 服务器和 OPU 上完成的。

…

如果您对这个项目感兴趣，请在此处找到完整的文章。

这个项目的源代码在这里。

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