Párhuzamos számítástechnika
Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt hozzászólók, és jelentősen eltérhet a 2014. október 5-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 12 szerkesztést igényelnek .A párhuzamos számítástechnika a számítógépes számítástechnika megszervezésének egyik módja , amelyben a programokat egymással párhuzamosan (egyidejűleg) működő számítási folyamatok halmazaként fejlesztik. A kifejezés magában foglalja a programozás párhuzamosságának minden kérdését , valamint a hatékony hardvermegvalósítások létrehozását . A párhuzamos számítás elmélete az alkalmazott algoritmuselmélet egy része [1] .
A párhuzamos számítások megvalósításának számos módja van. Például minden számítási folyamat megvalósítható operációs rendszer folyamataként , vagy a számítási folyamatok végrehajtási szálak készletei lehetnek egyetlen operációs rendszer folyamaton belül. A párhuzamos programok fizikailag végrehajthatók szekvenciálisan egyetlen processzoron - felváltva az egyes számítási folyamatok végrehajtási lépéseit, vagy párhuzamosan - egy vagy több ( a közelben található vagy számítógépes hálózatban elosztott ) processzort hozzárendelve az egyes számítási folyamatokhoz.
A párhuzamos programok tervezésének fő nehézsége a különböző számítási folyamatok közötti interakciók helyes sorrendjének biztosítása, valamint a folyamatok között megosztott erőforrások összehangolása.
A párhuzamos kommunikáció szinkronizálásának módjai
Egyes párhuzamos programozási rendszerekben az adatok komponensek közötti továbbítása rejtve van a programozó elől (például az ígéret -mechanizmus használatával ), míg másokban ezt kifejezetten meg kell adni. Az explicit interakciók két típusra oszthatók:
- Interakció megosztott memórián keresztül : egy többprocesszoros rendszer minden processzorán elindul egy végrehajtási szál , amely egy folyamathoz tartozik. A szálak egy megosztott memóriaterületen keresztül cserélnek adatokat egy adott folyamathoz [2] . A szálak száma megfelel a processzorok számának. A szálak vagy a nyelv segítségével jönnek létre (például Java vagy C# , C++ ( C++11 -től kezdve ), C ( C11 -től kezdődően )), vagy kifejezetten könyvtárak használatával (például C/C++- ban PThreads használatával ), vagy deklaratív módon (például az OpenMP könyvtár használatával), vagy automatikusan beépített fordítóeszközökkel (például High Performance Fortran ). Ez a fajta párhuzamos programozás általában valamilyen vezérlési rögzítést igényel ( mutexek , szemaforok , monitorok ) a szálak egymás közötti koordinálásához.
- Kommunikáció üzenettovábbításon keresztül: Egy többprocesszoros rendszer minden processzorán egyszálú folyamat fut, és üzenetek segítségével kommunikál más processzorokon futó folyamatokkal. A folyamatok kifejezetten az operációs rendszer megfelelő funkciójának meghívásával jönnek létre, az üzenetküldés pedig egy könyvtár (például MPI -protokoll implementációja ), vagy nyelvi eszközök (például High Performance Fortran , Erlang vagy occam ) segítségével. Az üzenetek cseréje történhet aszinkron módon, vagy randevúzási módszerrel, amelyben a feladó blokkolva van az üzenet kézbesítéséig. Az aszinkron üzenettovábbítás lehet megbízható (garantált kézbesítéssel) vagy megbízhatatlan [3] .
Az üzenetküldő alapú párhuzamos rendszerek gyakran könnyebben érthetők, mint a megosztott memóriás rendszerek, és általában a párhuzamos programozás kiváló módszerének tekintik. Számos matematikai elmélet létezik az üzenettovábbítási rendszerek tanulmányozására és elemzésére, beleértve a szereplőmodellt és a különféle folyamatszámításokat . Az üzenetküldés hatékonyan megvalósítható szimmetrikus többprocesszorokon megosztott koherens memóriával és anélkül is.
Az elosztott memória párhuzamossága és az üzenettovábbítási párhuzamosság eltérő teljesítményjellemzőkkel rendelkezik. Általában (de nem mindig) a folyamatmemória és a feladatváltási idő többletterhelése alacsonyabb az üzenettovábbítással rendelkező rendszerekben, de maga az üzenettovábbítás több többletterhelést jelent, mint az eljáráshívások. Ezeket a különbségeket gyakran felülírják a teljesítményt befolyásoló egyéb tényezők.
- Hibrid módszer : Elosztott memóriás többprocesszoros rendszereken ( DM-MIMD ), ahol a rendszer minden csomópontja egy megosztott memóriás többprocesszor ( SM-MIMD ), hibrid programozási módszer alkalmazható [4] . A rendszer minden csomópontján elindul egy többszálú folyamat, amely elosztja a szálakat a csomópont processzorai között. A csomóponton lévő szálak közötti adatcsere megosztott memórián, a csomópontok közötti adatcsere pedig üzenettovábbításon keresztül történik. Ebben az esetben a folyamatok számát a csomópontok száma, a szálak számát pedig az egyes csomópontokon lévő processzorok száma határozza meg. A hibrid programozási módszer bonyolultabb (a párhuzamos program speciális újraírását igényli), de a leghatékonyabb a többprocesszoros rendszer egyes csomópontjainak hardver erőforrásainak felhasználásában.
Tipikus feladatok, amelyek lehetővé teszik a párhuzamos számítást
- leképezés - ugyanazon függvény végrehajtása a bemeneti adattömb minden elemén, egyenlő teljesítményű számítási eredmények tömbjének megszerzése
- redukció - ugyanazt a funkciót hajtja végre, hogy a bemenet minden elemének hozzájárulását hozzáadja egy végső értékhez
Concurrency Software Tools
- Az OpenMP egy alkalmazás interfész szabvány osztott memóriás párhuzamos rendszerek számára.
- A POSIX Threads egy szabvány a végrehajtási szálak (szálak) megvalósításához.
- Windows API - többszálú alkalmazások C++-hoz.
- A PVM (Parallel Virtual Machine) lehetővé teszi, hogy heterogén (de hálózatba kapcsolt) számítógépkészletet kombináljon egy közös számítási erőforrásba.
- Az MPI (Message Passing Interface) a párhuzamos végrehajtó folyamatok közötti üzenettovábbítási rendszerek szabványa.
Lásd még
- Elosztott számítástechnika
- Többszálú
- többfeladatos
- Párhuzamos számítástechnikai rendszerek
- A párhuzamos számítási rendszerek osztályozása
- Amdahl törvénye
- Számítási csővezeték
- Szimmetrikus többfeldolgozás
- Rács
- GPGPU
- NUMA
- fürt
- MIPS
- LINPACK
- NAS párhuzamos benchmarkok
Jegyzetek
- ↑ Mihalevics, 1989 , p. egy.
- ↑ RedBook, 1999 , p. egy.
- ↑ RedBook, 1999 , p. 2.
- ↑ RedBook, 1999 , p. 5.
- ↑ RedBook, 1999 , p. négy.
Irodalom
- Kibernetikai szótár / Szerk.: V. S. Mihalevics akadémikus . - 2. - Kijev: M. P. Bazhanról elnevezett Ukrán Szovjet Enciklopédia főkiadása, 1989. - 751 p. - (C48). — 50.000 példány. - ISBN 5-88500-008-5 .
- RS/6000SP: Gyakorlati MPI programozás . - IBM RedBook, 1999. - 238 p. Archiválva : 2008. január 19. a Wayback Machine -nél
- Voevodin VV, Voevodin Vl. B. Párhuzamos számítástechnika. - Szentpétervár. : BHV-Petersburg, 2002. - 608 p. — ISBN 5-94157-160-7 .
- Olenev N. N. A párhuzamos programozás alapjai az MPI rendszerben . - M. : VTs RAN, 2005. - 80 p. — ISBN 5201098320 .
Linkek
 Szótárak és enciklopédiák |
|---|