Отчет: Домашнее задание 2 и 3

Выполненные изменения и улучшения

1. Добавленные типы для чисел с фиксированной запятой

• FIXED(N, K): Использует intN_t для представления чисел с фиксированной точкой, где:

  • N определяет количество битов (8, 16, 32, 64).
  • K задает количество бит для дробной части.

• FAST_FIXED(N, K): Аналогично FIXED(N, K), но вместо intN_t используется int_fastN_t, что может быть быстрее на некоторых архитектурах.

2. Предкомпиляция поля статического размера

• При компиляции программы заранее создаются версии симуляции для различных размеров поля.
• Если размеры поля, указанные во время выполнения, совпадают с предкомпилированными, используются статические массивы (std::array).
• Для остальных размеров поля применяются динамические массивы (std::vector).

3. Выделение симуляции воды в отдельный шаблонный класс

• FluidSim: Новый шаблонный класс для симуляции воды.
  • Параметры шаблона:
    1. Тип данных для плотности (p-type).
    2. Тип данных для скорости (v-type).
    3. Тип данных для потока скорости (v-flow-type).
    4. Размер поля (опционально).

4. Выбор параметров в runtime через аргументы командной строки

• --p-type: Тип данных для плотности.
• --v-type: Тип данных для скорости.
• --v-flow-type: Тип данных для потока скорости.
• --field-path: Путь к файлу с полем для инициализации симуляции.

5. Сохранение состояния симуляции

• Во время выполнения программы при нажатии CTRL-C:
  • Текущие данные симуляции сохраняются в файл.
  • Путь к файлу сохраняемого состояния выводится в консоль.
  • Продолжается работа симуляции.

6. Загрузка сохраненного состояния

• Для загрузки состояния симуляции:
  • Укажите путь к сохраненному состоянию с помощью аргумента командной строки --load-path.

7. Указание доступных типов и размеров при компиляции

• Для задания доступных типов необходимо использовать флаг компиляции -DTYPES:

  -DTYPES=FIXED(64,10), DOUBLE, FLOAT, FAST_FIXED(32,16), ...
  

  (Важно: без пробелов после запятой внутри скобок).

• Для задания статических размеров используйте флаг компиляции -DSIZES:

  -DSIZES=S(34,86), S(64,128), ...
  

  (Важно: без пробелов после запятой внутри скобок).

Пример использования

Компиляция программы

cmake   -S . \
        -B build \
        -DTYPES="FAST_FIXED(32,16), FIXED(64,8)" \
        -DSIZES="S(10,10), S(34,86)"

cmake --build build

Запуск с динамическим размером поля

./build/Fluid   --p-type="FAST_FIXED(32,16)" \
                --v-type="FAST_FIXED(32,16)" \
                --v-flow-type="FAST_FIXED(32,16)" \
                --field-path=base_field

Загрузка сохраненного состояния

./build/Fluid --load-path=saved_state

Пример сохранения во время выполнения

• Нажмите CTRL-C во время работы программы.
• Пример вывода:

  Simulation saved to save_1545
  

Выполненные изменения и улучшения

1. Возможность параллельного запуска и выбора количества потоков

• Добавлена поддержка многопоточности.
• Количество потоков задается через аргумент командной строки --num-threads:
  • Если аргумент не указан, программа запускается в одном потоке.
  • Пример запуска:

    ./build/Fluid   --p-type="FAST_FIXED(32,16)" \
                --v-type="FAST_FIXED(32,16)" \
                --v-flow-type="FAST_FIXED(32,16)" \
                --field-path=base_field \
                --num-threads=10

2. Оптимизации без использования параллельности

• Использование типа FAST_FIXED: Улучшена производительность операций за счет замены типов данных на FAST_FIXED.
• Ускорение поиска индекса в deltas: Реализована более быстрая структура данных для ускорения поиска.
• Оптимизация обмена ячеек: В функции swap_with выполняется обмен сразу двух ячеек в один этап, вместо использования дополнительных переменных в два этапа.

3. Анализ производительности

• Выполнено сравнение времени выполнения кода для 1000 тиков поля из условия до и после оптимизаций в однопоточном режиме.

4. Анализ длительности работы функций

• Построена круговая диаграмма для выявления наиболее затратных функций. Делаем вывод, что самая времязатратная функция это обновление сокростей, а именно многократный вызов propagate_flow.

5. Параллельная реализация функции propagate_flow

• Реализован параллельный обход поля с разбиением на блоки одинакового размера.
• Для корректной работы дополнительно делаются обходы вдоль границ блоков.

6. Сравнение производительности в многопоточном режиме

• Выполнены замеры времени выполнения программы на большом поле размера 50x150 до 100 тика при разном количестве потоков.

Пример использования

Запуск с многопоточностью

./build/Fluid   --p-type="FAST_FIXED(32,16)" \
                --v-type="FAST_FIXED(32,16)" \
                --v-flow-type="FAST_FIXED(32,16)" \
                --field-path=test_field \
                --num-threads=8