Ремизов Кирилл. Технология STL. Умножение плотных матриц алгоритмом Кэннона. Вариант 1

[BlackCorbeau]

Описание

• Задача: Умножение плотных матриц алгоритмом Кэннона (Dense matrix multiplication using Cannon's algorithm)
• Вариант: 1
• Технология: STL
• Описание вашей реализации и отчёта.

Реализация
Алгоритм Кэннона реализован с блочным разбиением матриц. Пользователь задаёт размер блока block_size, который должен делить размер матрицы n без остатка.
Этапы:

1. Инициализация блоков – исходные матрицы A и B разбиваются на блоки размером block_size × block_size. Согласно схеме Кэннона, блок A[i][j] сдвигается влево на i позиций, а блок B[i][j] – вверх на j позиций (начальная перестановка).
2. Основной цикл – выполняется block_count = n / block_size шагов. На каждом шаге:
   • параллельно умножаются все пары соответствующих блоков A[i][j] и B[i][j], результат накапливается в C[i][j] (стандартное умножение блоков).
   • если шаг не последний, выполняется циклический сдвиг всех строк блоков A влево и всех столбцов блоков B вверх.
3. Сборка результата – из блоков C собирается итоговая матрица.

Параллелизация (STL)

• Используются std::thread с количеством потоков, равным std::thread::hardware_concurrency() (но не менее 1).
• Написаны вспомогательные функции ParallelFor (одномерный цикл) и ParallelFor2D (двумерный цикл), которые разбивают диапазон итераций на непрерывные фрагменты (chunks) и запускают потоки для их обработки.
• Параллелизм применён во всех ресурсоёмких операциях:
  • умножение всех блоков на каждом шаге (ParallelFor2D по i,j);
  • инициализация блоков (ParallelFor2D);
  • сборка итоговой матрицы (ParallelFor2D);
  • сдвиги блоков влево/вверх – по строкам (для ShiftBlocksLeft) и по столбцам (для ShiftBlocksUp) с помощью ParallelFor.
• Все обращения к данным разделены по блокам, поэтому гонок данных нет.

Содержание отчёта
В отчёте описывается:

• постановка задачи и математическая основа алгоритма Кэннона;
• блочная схема и начальная перестановка;
• последовательная реализация (базовая версия);
• реализация на STL с деталями распараллеливания (функции ParallelFor, ParallelFor2D, управление потоками);
• результаты функциональных тестов (проверка корректности на матрицах разных размеров и с разными блоками);
• анализ производительности: сравнение времени выполнения последовательной, STL, OMP и TBB версий для матриц 1024×1024 (и других размеров), оценка ускорения и эффективности;
• выводы о применимости STL-потоков для данного алгоритма.

---

Чек-лист

• Статус CI: Все CI-задачи (сборка, тесты, генерация отчёта) успешно проходят на моей ветке в моем форке
• Директория и именование задачи: Я создал директорию с именем remizov_k_dense_matrix_multiplication_cannon_algorithm
• Полное описание задачи: Я предоставил полное описание задачи в теле pull request
• clang-format: Мои изменения успешно проходят clang-format локально в моем форке (нет ошибок форматирования)
• clang-tidy: Мои изменения успешно проходят clang-tidy локально в моем форке (нет предупреждений/ошибок)
• Функциональные тесты: Все функциональные тесты успешно проходят локально на моей машине
• Тесты производительности: Все тесты производительности успешно проходят локально на моей машине
• Ветка: Я работаю в ветке, названной точно так же, как директория моей задачи (например, remizov_k_dense_matrix_multiplication_cannon_algorithm)
• Правдивое содержание: Я подтверждаю, что все сведения, указанные в этом pull request, являются точными и достоверными

[codecov-commenter]

Codecov Report

❌ Patch coverage is 87.07865% with 23 lines in your changes missing coverage. Please review.
✅ Project coverage is 82.30%. Comparing base (f7f3d46) to head (74ae341).

Files with missing lines	Patch %	Lines
...ultiplication_cannon_algorithm/stl/src/ops_stl.cpp	84.00%	9 Missing and 7 partials ⚠️
...ultiplication_cannon_algorithm/tbb/src/ops_tbb.cpp	91.02%	3 Missing and 4 partials ⚠️

❌ Your patch status has failed because the patch coverage (87.07%) is below the target coverage (95.00%). You can increase the patch coverage or adjust the target coverage.

Additional details and impacted files

@@            Coverage Diff             @@
##           master     #679      +/-   ##
==========================================
+ Coverage   82.27%   82.30%   +0.03%     
==========================================
  Files         497      499       +2     
  Lines       21191    21369     +178     
  Branches     8691     8754      +63     
==========================================
+ Hits        17434    17587     +153     
- Misses       2614     2627      +13     
- Partials     1143     1155      +12     

☔ View full report in Codecov by Sentry.
📢 Have feedback on the report? Share it here.

🚀 New features to boost your workflow:

• ❄️ Test Analytics: Detect flaky tests, report on failures, and find test suite problems.