La Concurrence D

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La Concurrence Déclarativeet Quelques
Réflectionssur la Programmation

• Peter Van Roy
• Département dIngénierie Informatique, UCL
• pvr_at_info.ucl.ac.be

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Ce quon va voir aujourdhui

• La concurrence déclarative
• On peut prendre un programme déclaratif et le
  rendre concurrent simplement en ajoutant des
  threads, sans changer autre chose
• La programmation multi-agent
• Un exercice de sémantique
• Quelques réflections sur les paradigmes de
  programmation
• Des consignes et des conseils pour lexamen

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La concurrencedéclarative
4
La concurrence déclarative

• Les programmes multi-agents quon a vu la semaine
  dernière sont déterministes
• Avec les mêmes entrées, ils donnent les mêmes
  résultats
• Lagent Trans, avec lentrée 123_, donne
  toujours la sortie 149_
• La concurrence ne change pas la valeur du
  résultat, mais uniquement lordre du calcul
  (quand le résultat est calculé)
• Cette propriété facilite de beaucoup la
  programmation
• Par exemple, on peut ajouter des threads à un
  programme existant sans que le résultat change
  (la transparence de la concurrence)
• Cette propriété est vraie uniquement pour la
  programmation déclarative
• Elle nest pas vraie pour la programmation avec
  état
• Regardons la propriété de plus près

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La concurrence déclarativeest transparente (1)

• fun Map Xs F
• case Xs
• of nil then nil
• XXr then
• F X Map Xr F
• end
• end

6
La concurrence déclarativeest transparente (2)

• fun CMap Xs F
• case Xs
• of nil then nil
• XXr then
• thread F X end CMap Xr F
• end
• end

7
La concurrence déclarativeest transparente (3)
thread end peut être utilisé comme expression

• fun CMap Xs F
• case Xs
• of nil then nil
• XXr then
• thread F X end CMap Xr F
• end
• end

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La concurrence déclarativeest transparente (4)

• fun CMap Xs F
• case Xs
• of nil then nil
• XXr then
• thread F X end CMap Xr F
• end
• end
• Quest-ce qui se passe si on fait
• declare F
• Browse CMap 1 2 3 4 F

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La concurrence déclarativeest transparente (5)

• fun CMap Xs F
• case Xs
• of nil then nil
• XXr then
• thread F X end CMap Xr F
• end
• end
• Le browser montre _ _ _ _
• CMap calcule le squelette de la liste
• Les nouveaux threads attendent que F soit lié

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La concurrence déclarativeest transparente (6)

• fun CMap Xs F
• case Xs
• of nil then nil
• XXr then
• thread F X end CMap Xr F
• end
• end
• Quest-ce qui se passe si on fait
• F fun X X1 end

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La concurrence déclarativeest transparente (7)

• fun CMap Xs F
• case Xs
• of nil then nil
• XXr then
• thread F X end CMap Xr F
• end
• end
• Le browser montre 2 3 4 5

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La concurrencepour les nuls (1)

• On peut ajouter des threads à un programme
  existant sans que le résultat change
• Par conséquence, il est très facile de prendre un
  programme déclaratif et de le rendre concurrent
• Il suffit dinsérer linstruction thread end là
  où on a besoin de la concurrence

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La concurrencepour les nuls (2)

• fun Fib X
• if X0 then 0 elseif X1 then 1 else
• thread Fib X-1 end Fib X-2 end
• end

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Pourquoi cela marche?

• fun Fib X
• if X0 then 0 elseif X1 then 1
• else F1 F2 in
• F1 thread Fib X-1 end F2
  Fib X-2
• F1 F2end
• end

Dépendance dataflow
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Exécution de Fib 6
F2
Créer un thread
F1
F3
F2
F4
Synchroniser avec le résultat
F2
F5
F1
F3
F2
F1
F3
Thread actif
F6
F4
F2
16
Observer lexécution de Fib
17
La programmationmulti-agent
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Encore des agents!

• La semaine dernière on a vu quelques exemples
  simples de programmes multi-agents
• Producteur-consommateur
• Producteur-transformateur-consommateur (pipeline)
• Regardons maintenant un exemple plus sophistiqué

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Le crible dEratosthènes
-2k
-3k
-5k

2345678
711131719
3579111315
5711131719

• Le crible dEratosthènes est un algorithme pour
  faire la séquence des nombres premiers
• On commence avec une séquence dentiers, on la
  passe par un pipeline dagents dont chaque agent
  enlève les multiples du premier élément

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Un agent pour enleverdes multiples

• Voici un programme qui enlève les multiples de
  kfun Filtre Xs K case Xs of XXr then if
  X mod K \ 0 then XFiltre Xr K else Filtre
  Xr K end else nil endend
• Pour en faire un agent, il faut le mettre dans un
  threadthread YsFiltre Xs K end

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Le programme principal

• Voici le programme principalfun Crible
  Xs case Xs of nil then nil XXr then
  XCrible thread Filtre Xr X end
  endenddeclare Xs Ys inthread XsProd 2
  endthread YsCrible Xs endBrowse Ys

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Une optimisation

• Sinon on crée beaucoup trop dagents!fun
  Crible2 Xs M case Xs of nil then nil XXr
  then if XltM then XCrible2 thread
  Filtre Xr X end M else Xs end endend
• On appelle alors Crible2 Xs 316 pour une liste
  avec des nombres premiers jusquau 100000
  (pourquoi?)

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Un exercice de sémantique
24
Facilité avec la sémantique

• La sémantique est une partie importante de ce
  cours
• Il ne sagit pas seulement de savoir programmer
  avec les concepts
• Il sagit de les comprendre, et donc de connaître
  leur sémantique
• Jattends que vous puissiez faire des calculs
  rapides avec la sémantique des programmes
• Il faut faire des exercices pour gagner cette
  facilité

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Lénoncé

• Quel est létat à la fin de lexécution
  delocal MakeBumper B Y in fun MakeBumper
  CNewCell 0 in fun C_at_C1 _at_C
  end end BMakeBumper YBend
• Montrez quelques pas dexécution représentatifs

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Traduction partielleen langage noyau

• local MakeBumper B Y in proc MakeBumper R
  CNewCell 0 in Rproc K C_at_C1
  K_at_C end end MakeBumper B B Yend

s1
s2
Solution au tableau
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Létat final
Une cellule

• ( , mp1, bp2, y1, cx, i0, cy )
• avec
• p1(proc R CNewCell 0 in end, )
• p2(proc K C_at_C1 K_at_C end, C c)

28
Les paradigmes de programmation
29
Les paradigmes de LINF1251

• Dans ce cours nous avons vu quelques des concepts
  les plus importants dans la programmation
• Nous avons aussi vu quelques paradigmes de
  programmation
• Programmation déclarative (programmation
  fonctionnelle)
• Programmation avec état
• Programmation orientée objet
• Programmation concurrente avec dataflow
• Programmation multi-agent
• Il y a beaucoup dautres paradigmes intéressants

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Les trois mondes du cours
Programmation déclarative
état (cellules)
concurrence (threads)
Programmation orientée objet Abstraction Polymorph
isme Héritage
Programmation multi-agent Concurrence et
dataflow Flots et agents Messages asynchrones

• Dans ce cours, nous avons vu trois mondes très
  différents, chacun avec sa manière de penser
• Pour voir comment la programmation orientée objet
  et multi-agent se retrouvent, il faut suivre le
  cours INGI2131!

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Paradigmes de programmation
Programmation déclarative Programmation
fonctionnelle stricte, Scheme, ML Programmation
logique déterministe concurrence
synchronisation selon besoin Concurrence
dataflow (déclarative) Prog. fonctionnelle
paresseuse, Haskell choix
nondéterministe Programmation logique
concurrente traitement dexceptions
état explicite Programmation orientée
objet (OO), Java, C, Smalltalk
recherche Prog. logique classique, Prolog
Programmation OO concurrente (envoi de
messages, Erlang, E) (état partagé, Java)
espaces de calcul Programmation par contraintes

• Ce schéma donne un résumé des différents
  paradigmes avec les relations entre eux
• Chaque paradigme a ses avantages et désavantages
  et un domaine où il est le meilleur

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La coexistence des paradigmes

• Chaque paradigme a sa place
• Avec plus de concepts on peut exprimer plus, mais
  le raisonnement devient plus compliqué
• Avec moins de concepts on peut satisfaire des
  conditions dutilisation plus stricte
• Les différents paradigmes ne sont pas meilleurs
  ou pires, mais simplement différents
• Dans vos programmes, je vous conseille de bien
  réfléchir et de choisir le paradigme approprié
• Maintenant, je vous conseille de relire le début
  du premier cours!
• Pourquoi on a organisé le cours autour des
  concepts

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Des consignes et des conseils pour lexamen
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Lexamen

• Lexamen sera de 3h, à livre fermé
• Il y aura une division égale entre théorie et
  pratique
• Attention à la précision pour la théorie (voir le
  livre!)
• Attention à la syntaxe pour la pratique!
• Il y aura certainement un exercice sur la
  sémantique
• Où vous devez faire lexécution dun programme
  sans sombrer dans les détails
• La matière est tout ce qui a été vu dans les
  cours magistraux et les séances pratiques
• Une définition précise des concepts se trouve
  dans le livre du cours
• Les notes ne seront pas sur une courbe
• Jespère vous pouvoir donner tous de bonnes notes

35
Résumé
36
Résumé

• La concurrence déclarative
• On peut prendre nimporte quel programme
  déclaratif et le rendre concurrent
• Attention ceci ne marche pas pour les programmes
  avec état!
• La programmation multi-agent
• Un exemple plus compliqué le crible
  dEratosthènes
• Un exercice de sémantique
• Les paradigmes de programmation
• Une réflection sur le contenu du cours
• Des consignes et des conseils pour lexamen
• Attention aux définitions précises!
• Il y aura certainement un exercice sur la
  sémantique

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• Fin du cours
• Jespère que ce survol
• de la programmation vous a plu
• Bonne chance pour lexamen!