logo
  1. Bosh sahifa
  2. Referatlar
  3. Umumiy
  4. Pthreads bilan Umumiy xotirali dasturlash

Pthreads bilan Umumiy xotirali dasturlash

Yuklangan vaqt:

29.08.2023

Ko'chirishlar soni:

0

Hajmi:

191.4072265625 KB
Ko'chirib olish
Mavzu: Pthreads bilan Umumiy xotirali dasturlash Reja: Kirish 1. Pthread s jarayonlar va kutubxonalar 2. Dastlabki o'yinlar 3. Matritsa-vektorlarni ko'shtirish 4. MUHIM BO'LIMLAR Foydalangan adabiyotlar Kirish Eslatib o'tamiz, dasturchi nuqtai nazaridan umumiy xotira tizimi bitta barcha yadrolar barcha xotira joylariga kirishi mumkin (4.1-rasmga qarang). Shunday qilib yadrolar ishini muvofiqlashtirish muammosiga aniq yondashuvni aniqlashtirishdir ba'zi xotira joylari "birgalikda" ekanligi. Bu parallellikka juda tabiiy yondashuv dasturlash. Haqiqatan ham, nima uchun barcha parallel dasturlar buni ishlatmasligiga hayron bo'lishimiz mumkin umumiy xotira yondashuvi. Biroq, biz ushbu bobda muammolar mavjudligini ko'ramiz umumiy xotira tizimlarini dasturlashda ko'pincha muammolardan farq qiladi taqsimlangan xotira dasturlashda duch keladigan muammolar. Misol uchun, 2-bobda biz ko'rdikki, agar turli yadrolar bitta umumiy xotira manzilini yangilashga harakat qilsa, u holda uning mazmuni qo'yilgan joy oldindan aytib bo'lmaydigan bo'lishi mumkin. Umumiy joylashuvni yangilaydigan kod muhim bo'limga misoldir. Biz tanqidiy bo'limlarning boshqa misollarini ko'rib chiqamiz va biz bir nechta usullarni o'rganamiz muhim bo'limga kirishni nazorat qilish uchun. Biz umumiy xotira dasturlashning boshqa masalalari va usullari haqida ham bilib olamiz. Umumiy xotirali dasturlashda protsessorda ishlaydigan dasturning namunasi odatdathreadsdeb ataladi (MPI dan farqli o'laroq, u jarayon deb ataladi). Har birthreadsblokni bajarishni kutishi uchun iplarni qanday sinxronlashtirishni o'rganamiz boshqa mavzu ba'zi ishni tugatmaguncha bayonotlar. Vaziyat yuzaga kelmaguncha, biz ipni qanday qilib "uxlashga" qo'yishni o'rganamiz. Biz ba'zi holatlar mavjudligini ko'ramiz, ular dastlab tanqidiy qism juda katta bo'lishi kerakdek tuyulishi mumkin. Biroq, biz ba'zan dasturning ko'p qismini parallel ravishda bajarish uchun ushbu katta kod bloklariga kirishni "nozik sozlash" imkonini beradigan vositalar mavjudligini ham ko'ramiz. Biz kesh xotiralaridan foydalanish umumiy xotira dasturining sekinroq ishlashiga olib kelishi mumkinligini ko'ramiz. Nihoyat, biz ketma-ket qo'ng'iroqlar orasida "holatni saqlaydigan" funktsiyalar nomuvofiq yoki hatto noto'g'ri natijalarga olib kelishi mumkinligini ko'ramiz. Ushbu bobda biz umumiy xotira funktsiyalarining ko'pchiligi uchun POSIX R iplaridan foydalanamiz. Keyingi bobda biz OpenMP deb nomlangan umumiy xotira dasturlashning muqobil yondashuvini ko'rib chiqamiz. PTHREADS JARAYONLAR VA KUTUBXONALAR 2-bobdan eslaylikki, umumiy xotirali dasturlashdathreadsbiroz MPI dasturlash jarayoniga o'xshaydi. Biroq, bu printsipial jihatdan, "engilroq" bo'lishi mumkin 4.1-rasm. Umumiy xotira tizimi Jarayon ishlayotgan (yoki foydalanilgan) dasturning namunasidir. Bajarilishi mumkin bo'lgan narsadan tashqari, u quyidagilardan iborat:  Stack uchun xotira bloki  Yig ‘ish uchun xotira bloki  Tizim jarayon uchun ajratgan resurslar deskriptorlari, masalan, fayl deskriptorlari.  Xavfsizlik ma'lumotlari - masalan, jarayon qaysi apparat va dasturiy ta'minot resurslariga kirishi mumkinligi haqidagi ma'lumot.  Jarayonning holati to'g'risidagi ma'lumotlar, masalan, jarayon ishga tayyormi yoki resursda kutilmoqdami, registrlar tarkibi, shu jumladan dastur hisoblagichi va boshqalar. Aksariyat tizimlarda, sukut bo'yicha, jarayonning xotira bloklari shaxsiydir: agar operatsion tizim aralashmasa, boshqa jarayon jarayonning xotirasiga bevosita kira olmaydi. Bu mantiqiy. Agar siz dastur yozish uchun matn muharriridan foydalanayotgan bo'lsangiz (bitta jarayon - ishlaydigan matn muharriri), brauzeringiz (boshqa jarayon) matn muharriri xotirasini qayta yozishni xohlamaysiz. Bu ko'p foydalanuvchi muhitida yanada muhimroq. Bir foydalanuvchining jarayonlariga boshqa foydalanuvchi jarayonlarining xotirasiga kirishga ruxsat berilmasligi kerak. Biroq, biz umumiy xotira dasturlarini ishga tushirganimizda, bu biz xohlagan narsa emas. Hech bo'lmaganda, biz ba'zi o'zgaruvchilar bir nechta jarayonlar uchun mavjud bo'lishini xohlaymiz, shuning uchun umumiy xotira "jarayonlari" odatda bir-birining xotirasiga kirishni ancha osonlashtiradi. Shuningdek, ular tez-tez stdout-ga kirish kabi narsalarni baham ko'rishadi. Aslida, ular o'zlarining steklari va dastur hisoblagichlaridan tashqari, jarayonga xos bo'lgan deyarli hamma narsani baham ko'rishlari mumkin. Buni bitta jarayonni boshlash va keyin jarayonni ushbu "yengilroq" jarayonlarni boshlash orqali nisbatan oson tartibga solish mumkin. Shu sababli, ular ko'pincha engil vaznli jarayonlar deb ataladi. Ko'proq ishlatiladigan atama, ip, "nazorat ipi" tushunchasidan kelib chiqqan. Boshqaruv zanjiri - bu dasturdagi gaplar ketma-ketligi. Bu atama bitta jarayonda boshqaruv oqimini nazarda tutadi va umumiy xotira dasturida bitta jarayon bir nechta boshqaruv zanjiriga ega bo'lishi mumkin. Yuqorida aytib o'tganimizdek, ushbu bobda biz foydalanadigan iplarning maxsus amalga oshirilishi POSIX iplari yoki ko'pincha Pthreads deb ataladi. POSIX [41] Unix-ga o'xshash operatsion tizimlar uchun standartdir, masalan, Linux va Mac OS X. U bunday tizimlarda mavjud bo'lishi kerak bo'lgan turli xil imkoniyatlarni belgilaydi. Xususan, u ko'p bosqichli dasturlash uchun amaliy dasturlash interfeysini (API) belgilaydi. Pthreads dasturlash tili emas (masalan, C yoki Java). Aksincha, MPI kabi, Pthreads C dasturlari bilan bog'lanishi mumkin bo'lgan kutubxonani belgilaydi. MPI dan farqli o'laroq, Pthreads API faqat POSIX tizimlarida mavjud - Linux, Mac OS X, Solaris, HPUX va boshqalar. MPI-dan farqli o'laroq, ko'p tarmoqli dasturlash uchun keng qo'llaniladigan bir qator boshqa spetsifikatsiyalar mavjud: Java iplari, Windows ish zarralari, Solaris iplari. Biroq, barchathreadsspetsifikatsiyalari bir xil asosiy g'oyalarni qo'llab-quvvatlaydi, shuning uchun Pthreads-da qanday dasturlashni o'rganganingizdan so'ng, boshqa thread API-ni qanday dasturlashni o'rganish qiyin bo'lmaydi. Pthreads C kutubxonasi bo'lganligi sababli, u, asosan, C++ dasturlarida ishlatilishi mumkin. Biroq, umumiy xotira dasturlash uchun C++ standartini (C++ 0x) ishlab chiqish ustida ish olib borilmoqda. Agar siz C++ dasturlarini yozayotgan bo'lsangiz, Pthreads o'rniga undan foydalanish mantiqiy bo'lishi mumkin. SALOM DUNYO Qani boshladik. Keling, Pthreads dasturini ko'rib chiqaylik. 4.1-dastur asosiy funktsiya bir nechta iplarni ishga tushiradigan dasturni ko'rsatadi. Har bir mavzu xabarni chop etadi va keyin tugaydi. Bajarish Dastur oddiy C dasturi kabi tuzilgan, bundan mustasno, Pthreads kutubxonasiga ulanishimiz kerak bo'lishi mumkin: 1 $ gcc — g — Wall — o_pth hello pth hello.c — lpthread -lpthread kompilyatorga Pthreads kutubxonasida bog'lanmoqchi ekanligimizni bildiradi. E'tibor bering, bu -lpthread emas, balki -lpthread. Ba'zi tizimlarda kompilyator avtomatik ravishda kutubxonaga bog'lanadi va -lpthread kerak bo'lmaydi. Dasturni ishga tushirish uchun quyidagi kodni yozamiz $ ./pth hello <number of threads> 1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <pthread.h> 4 5 / _ Global variable: accessible to all threads _ / 6 int thread count; 7 8 v oid _ Hello( v oid _ rank); / _ Thread function _ / 9 10 int main( int argc, char _ argv[]) f 11 long thread; / _ Use long in case of a 64 ??????bit system _ / 12 pthread t _ thread handles; 13 14 / _ Get number of threads from command line _ / 15 thread count = strtol(argv[1], NULL, 10); 16 17 thread handles = malloc (thread count _ sizeof (pthread t)); 18 19 for (thread = 0; thread < thread count; thread++) 1 Eslatib o'tamiz, dollar belgisi ($) qobiq so'rovidir, shuning uchun uni kiritmaslik kerak. Shuni ham yodda tutingki, biz Gnu C kompilyatoridan foydalanamiz, deb taxmin qilamiz, gcc va biz doimo variantlari — g, — Wall, and — o. Qo'shimcha ma'lumot uchun 2.9-bo'limga qarang. 20 pthread create(&thread handles[thread], NULL, 21 Hello, ( v oid _ ) thread); 22 23 printf("Hello from the main thread n n"); 24 25 for (thread = 0; thread < thread count; thread++) 26 pthread join(thread handles[thread], NULL); 27 28 free(thread handles); 29 ret urn 0; 30 g / _ main _ / 31 32 v oid _ Hello( v oid _ rank) f 33 long my rank = ( long ) rank / _ Use long in case of 64 ??????bit system _ / 34 35 printf("Hello from thread %ld of %d n n", my rank, thread count); 36 37 ret urn NULL; 38 g / _ Hello _ / 4 .1-dastur: Pthreads “salom, dunyo” dasturi Masalan, dasturni bittathreadsbilan ishga tushirish uchun biz yozamiz $ ./pth hello 1 va chiqish quyidagicha ko'rinadi: Hello from the main thread Hello from thread 0 of 1 Dasturni to'rttathreadsbilan ishga tushirish uchun biz yozamiz $ ./pth hello 4 va chiqish quyidagicha ko'rinadi: Hello from the main thread Hello from thread 0 of 4 Hello from thread 1 of 4 Hello from thread 2 of 4 Hello from thread 3 of 4 Dastlabki o'yinlar Keling, 4.1-dasturda manba kodini batafsil ko'rib chiqaylik. Avval e'tibor bering, bu faqat asosiy va boshqa funktsiyaga ega C dasturi. Dasturda tanish stdio.h va stdlib.h sarlavhalari fayllari mavjud. Biroq, juda ko'p yangi va farqli narsalar mavjud. 3-qatorda biz pthread.h, Pthreads sarlavha faylini kiritamiz, u turli Pthreads funksiyalarini, konstantalarini, turlarini va hokazolarni e'lon qiladi. 6-qatorda biz global o'zgaruvchan iplar sonini aniqlaymiz. Pthreads dasturlarida global o'zgaruvchilar barcha iplar tomonidan almashadilar. Mahalliy o'zgaruvchilar va funktsiya argumentlari, ya'ni funksiyalarda e'lon qilingan o'zgaruvchilar (odatda) funktsiyani bajaruvchithreadsuchun shaxsiydir. Agar bir nechta iplar bir xil funktsiyani bajarayotgan bo'lsa, har bir ish zarrachasi mahalliy o'zgaruvchilar va funktsiya argumentlarining shaxsiy nusxalariga ega bo'ladi. Har bir ipning o'z stekiga ega ekanligini eslasangiz, bu mantiqiy bo'ladi. Shuni yodda tutishimiz kerakki, global o'zgaruvchilar nozik va chalkash xatolarni keltirib chiqarishi mumkin. Misol uchun, biz int x global o'zgaruvchini e'lon qiladigan dastur yozamiz deylik. Keyin f funktsiyasini yozamiz, unda biz x deb nomlangan lokal o'zgaruvchidan foydalanmoqchimiz, lekin uni e'lon qilishni unutamiz. Dastur hech qanday ogohlantirishsiz kompilyatsiya qilinadi, chunki f global x ga kirish huquqiga ega. Ammo biz dasturni ishga tushirganimizda, u juda g'alati natijalarni beradi, biz oxir-oqibat x global o'zgaruvchisi g'alati qiymatga ega ekanligidan kelib chiqqanligini aniqlaymiz. Bir necha kun o'tgach, biz nihoyat g'alati qiymat f dan kelganligini aniqladik. Qoida tariqasida, biz global o'zgaruvchilardan foydalanishni ular haqiqatan ham zarur bo'lgan holatlarda, masalan, umumiy o'zgaruvchi uchun cheklashga harakat qilishimiz kerak. strtol funktsiyasi satrni uzun int ga aylantiradi. U stdlib.h da e'lon qilingan va uning sintaksisi shunday long strtol( const char _ number p / _ in _ / , char __ end p / _ out _ / , int base / _ in _ / ); Bu p raqami bilan ko'rsatilgan qatorga mos keladigan uzun intni qaytaradi. Raqamni ifodalash asosi asosiy argument bilan beriladi. Agar p oxiri NULL bo'lmasa, u p raqamidagi birinchi yaroqsiz (ya'ni sonli bo'lmagan) belgiga ishora qiladi. Threadsni ishga tushirish Asosiy funktsiyani bajaradigan threads ba'zan asosiy threads deb ataladi. Shunday qilib, threads ishga tushirgandan so'ng, u xabarni chop etadi Hello from the main thread Ayni paytda, pthread yaratish qo'ng'iroqlari bilan boshlangan mavzular ham ishlamoqda. Ular o'z darajalarini 33-qatordagi kasting orqali olishadi va keyin o'z xabarlarini chop etishadi. E'tibor bering, ip bajarilganda, uning funksiyasi turi qaytariladigan qiymatga ega bo'lganligi sababli, ip nimanidir qaytarishi kerak. Ushbu misolda iplar aslida hech narsani qaytarishi shart emas, shuning uchun ular NULLni qaytaradi. 4.2-rasm Asosiy funksiya ikkita threadsni birlashtiradi Pthreads da dasturchi iplar qayerda ishga tushirilishini bevosita nazorat qilmaydi.2 pthread createda qaysi yadro qaysi ipni ishga tushirishi kerak degan argument yo'q. Mavzuni joylashtirish operatsion tizim tomonidan boshqariladi. Haqiqatan ham, og'ir yuklangan tizimda barcha iplar bir xil yadroda ishlashi mumkin. Aslida, agar dastur yadrolardan ko'ra ko'proq ish zarralarini ishga tushirsa, biz bir yadroda bir nechta ish zarrachalarini ishga tushirishni kutishimiz kerak. Biroq, foydalanilmayotgan yadro mavjud bo'lsa, operatsion tizimlar odatda bunday yadroga yangi ipni joylashtiradi. Threadsni to'xtatish 25 va 26-qatorlarda biz pthread funksiyasini har bir ip uchun bir marta birlashtirish deb ataymiz. pthread qo'shilishi uchun bitta qo'ng'iroq pthread t ob'ekti bilan bog'langan ip tugashini kutadi. Pthread qo'shilish sintaksisi int pthread join( pthread t thread / _ in _ / , v oid __ ret val p / _ out _ / ); Ikkinchi argument ip tomonidan hisoblangan har qanday qaytish qiymatini olish uchun ishlatilishi mumkin. Shunday qilib, bizning misolimizda har bir ip qaytishni amalga oshiradi va oxir-oqibat, asosiy ish zarrachalari tugatishni yakunlash uchun ushbu ip uchun pthread qo'shilishini chaqiradi. Ushbu funktsiya ko'p oqimli jarayonda iplarni tasvirlash uchun ko'pincha ishlatiladigan diagramma uslubi tufayli pthread qo'shilish deb ataladi. Agar biz diagrammamizdagi asosiy ipni bitta chiziq deb hisoblasak, pthread create deb ataganimizda, biz asosiy ipdan novda yoki vilka hosil qilishimiz mumkin. Pthread yaratish uchun bir nechta qo'ng'iroqlar bir nechta filiallar yoki vilkalar paydo bo'lishiga olib keladi. Keyin, pthread create tomonidan boshlangan iplar tugagach, diagrammada asosiy ipni birlashtiruvchi novdalar ko'rsatilgan. 4.2-rasmga qarang. Xatolarni tekshirish Dasturni ixcham va o'qish oson bo'lishi uchun biz "haqiqiy" dasturga muhim bo'lgan ko'plab tafsilotlarni kiritish vasvasasiga qarshi turdik. Ushbu misolda (va ko'plab dasturlarda) muammolarning eng ko'p manbai foydalanuvchi kiritishi yoki uning etishmasligi. Shuning uchun dastur buyruq qatori argumentlari bilan boshlanganligini tekshirish va agar shunday bo'lsa, haqiqiyligini tekshirish juda yaxshi fikr bo'lar edi o'rinli yoki yo'qligini ko'rish uchun iplar sonining qiymati. Agar siz kitobning veb-saytiga tashrif buyursangiz, ushbu asosiy xato tekshiruvini o'z ichiga olgan dastur versiyasini yuklab olishingiz mumkin. Pthreads funksiyalari tomonidan qaytarilgan xato kodlarini tekshirish ham yaxshi fikr bo'lishi mumkin. Bu, ayniqsa, Pthreads va dan foydalanishni boshlaganingizda foydali bo'lishi mumkin funktsiyadan foydalanishning ba'zi tafsilotlari to'liq aniq emas. Mavzuni ishga tushirishning boshqa yondashuvlari Bizning misolimizda foydalanuvchi buyruq qatori argumentini kiritish orqali boshlash uchun iplar sonini belgilaydi. Keyin asosiy ip barcha "qo'shimcha" iplarni yaratadi. Mavzular ishlayotganda, asosiy ip xabarni chop etadi va keyin boshqa iplar tugashini kutadi. Yivli dasturlashning bu yondashuvi MPI dasturlashga bo'lgan yondashuvimizga juda o'xshaydi, bunda MPI tizimi jarayonlar to'plamini ishga tushiradi va ularning tugashini kutadi. Biroq, ko'p bosqichli dasturlarni loyihalashda juda boshqacha yondashuv mavjud. Ushbu yondashuvda yordamchi iplar faqat zarurat tug'ilganda boshlanadi. Misol sifatida, San-Fransisko ko'rfazi hududida avtomagistrallar harakati haqida ma'lumot so'rovlarini bajaradigan veb-serverni tasavvur qiling. Faraz qilaylik, asosiy tarmoq so'rovlarni oladi va yordamchi oqimlar so'rovlarni bajaradi. Odatiy seshanba kuni ertalab soat 1 da, ehtimol, juda kam so'rovlar bo'ladi, seshanba kuni kechqurun soat 5 da, ehtimol, minglab so'rovlar bo'ladi. Shunday qilib, ushbu veb- serverni loyihalashda tabiiy yondashuv - bu so'rovlarni qabul qilganda asosiy tarmoq yordamchi oqimlarni ishga tushirishdir. Endi shuni ta'kidlab o'tishimiz kerakki, ish zarrachasini ishga tushirish, albatta, biroz qo'shimcha xarajatlarni o'z ichiga oladi. Ipni boshlash uchun zarur bo'lgan vaqt, aytaylik, suzuvchi nuqta arifmetik operatsiyasidan ancha katta bo'ladi, shuning uchun maksimal ishlashga muhtoj bo'lgan ilovalarda "zarur bo'lganda iplarni boshlash" yondashuvi ideal bo'lmasligi mumkin. Bunday holda, biroz murakkabroq sxemadan foydalanish mantiqiy bo'lishi mumkin - bu ikkala yondashuvning xususiyatlariga ega bo'lgan sxema. Bizning asosiy ipimiz dasturning boshida kerak bo'lgan barcha mavzularni boshlashi mumkin (bizning misol dasturimizda bo'lgani kabi). Biroq, agar ipning ishi bo'lmasa, uni tugatish o'rniga, u ko'proq ish mavjud bo'lguncha bo'sh o'tirishi mumkin. Dasturlash topshirig'i 4.5 da biz bunday sxemani qanday amalga oshirishimiz mumkinligini ko'rib chiqamiz. MATRITSA-VEKTORLARNI KO'SHTIRISH Keling, Pthreads matritsa-vektorni ko'paytirish dasturini yozishni ko'rib chiqaylik. Eslatib o'tamiz, agar A D .aij/ m n matritsa va x D .x0, x1, : : : , xn 1/T n o'lchovli ustun vektori bo'lsa, matritsa-vektor mahsuloti Ax D y bo'ladi. m o‘lchamli ustun vektori, y D .y0, y1, : : : , ym1/T bunda i-komponent yi topib olinadi. ΀ 4.3-rasm Matritsa-vektorlarni ko'paytirish x bilan A ning i qatorining nuqta mahsuloti: 4.3-rasmga qarang. Shunday qilib, matritsa-vektorlarni ko'paytirish uchun ketma- ket dastur uchun psevdokod quyidagicha ko'rinishi mumkin: /* For each row of A */ for (i = 0; i < m; i++) f y[i] = 0.0; /* For each element of the row and each element of x */ for (j = 0; j < n; j++) y[i] += A[i][j]* x[j]; } Biz ishni iplar o'rtasida taqsimlash orqali buni parallel qilishni xohlaymiz. Imkoniyatlardan biri - tashqi halqaning iteratsiyasini iplar o'rtasida taqsimlash. Agar shunday qilsak, har bir ip y ning ba'zi komponentlarini hisoblab chiqadi. Masalan, m D n D 6 va iplar soni, iplar soni yoki t, uchta bo'lsin. Keyin hisoblashni iplar orasida quyidagicha taqsimlash mumkin: Y[0] ni hisoblash uchun 0-ip kodni bajarishi kerak bo'ladi y[0] = 0.0; for (j = 0; j < n; j++) y[0] += A[0][j]* x[j]; Shuning uchun 0 mavzui A satrining 0-qatorining har bir elementiga va x ning har bir elementiga kirishi kerak bo'ladi. Umuman olganda, y[i] ga tayinlangan ip kodni bajarishi kerak bo'ladi y[i] = 0.0; for (j = 0; j < n; j++) y[i] += A[i][j]*x[j]; Shunday qilib, bu ip A ning i qatorining har bir elementiga va x ning har bir elementiga kirishi kerak bo'ladi. Biz har bir ip x ning har bir komponentiga kirishi kerakligini ko'ramiz, har bir ip esa faqat o'ziga tayinlangan A qatorlari va y ning tayinlangan komponentlariga kirishi kerak. Bu, hech bo'lmaganda, x ni bo'lishish kerakligini ko'rsatadi. Keling, A va y ni ham baham ko'raylik. Bu faqat global bo'lishi kerak bo'lgan o'zgaruvchilarni global qilishimiz kerak degan tamoyilimizni buzayotgandek tuyulishi mumkin. Biroq, mashqlarda biz A va y o'zgaruvchilarni ip funksiyasi uchun lokal qilish bilan bog'liq ba'zi masalalarni batafsil ko'rib chiqamiz va biz ularni global qilish yaxshi ma'noga ega ekanligini ko'ramiz. Shu nuqtada biz shuni kuzatamizki, agar ular global bo'lsa, asosiy ip A ning barcha yozuvlarini stdin dan o'qish orqali osongina ishga tushirishi mumkin va mahsulot vektori y asosiy ip tomonidan osongina chop etilishi mumkin. Ushbu qarorlarni qabul qilgandan so'ng, biz faqat y ning qaysi komponentlarini hisoblashini hal qilish uchun har bir ip foydalanadigan kodni yozishimiz kerak. Kodni soddalashtirish uchun m va n ni ham t ga teng bo'linishini faraz qilaylik. m D 6 va t D 3 bilan bizning misolimiz shuni ko'rsatadiki, har bir ip m=t komponentlarini oladi. Bundan tashqari, 0-ip birinchi m=t ni, 1-ip keyingi m=t ni oladi va hokazo. Shunday qilib, q ipiga tayinlangan komponentlar uchun formulalar bo'lishi mumkin. birinchi component: va oxirgi component Ushbu formulalar yordamida biz matritsa-vektorni ko'paytirishni amalga oshiradigan ip funksiyasini yozishimiz mumkin. 4.2. Dasturga qarang. E'tibor bering, ushbu kodda biz A, x, y, m va n global va umumiydir deb taxmin qilamiz. Void* Pth mat vect(void* rank) f long my rank = (long) rank; int i, j; int local m = m/thread count; int my first row = my rank*local m; int my last row = (my rank+1)*local m * 1; for (i = my first row; i <= my last row; i++) f y[i] = 0.0; for (j = 0; j < n; j++) y[i] += A[i][j]*x[j]; g return NULL; g /* Pth mat vect */ 4.2-dastur: Pthreads matritsasi-vektorlarni ko'paytirish Agar siz MPI bo'limini allaqachon o'qib chiqqan bo'lsangiz, MPI yordamida matritsa-vektorni ko'paytirish dasturini yozish uchun ko'proq mehnat talab qilinganini eslaysiz. Buning sababi, ma'lumotlar tuzilmalari majburiy ravishda taqsimlangan, ya'ni har bir MPI jarayoni faqat o'zining mahalliy xotirasiga to'g'ridan-to'g'ri kirish huquqiga ega. Shunday qilib, MPI kodi uchun biz kerak Barcha x ni har bir jarayon xotirasiga aniq to'plang. Ushbu misoldan biz umumiy xotira dasturlarini yozish taqsimlangan xotira dasturlarini yozishdan ko'ra osonroq bo'lgan holatlar mavjudligini ko'ramiz. Biroq, biz tez orada umumiy xotira dasturlari murakkabroq bo'lishi mumkin bo'lgan vaziyatlar mavjudligini ko'ramiz. MUHIM BO'LIMLAR Matritsa-vektorlarni ko'paytirishni kodlash juda oson edi, chunki umumiy xotira joylariga juda kerakli tarzda kirish mumkin edi. Ishga tushirilgandan so'ng, barcha o'zgaruvchilar (y-dan tashqari) faqat iplar tomonidan o'qiladi. Ya'ni, y dan tashqari, umumiy o'zgaruvchilarning hech biri asosiy oqim tomonidan ishga tushirilgandan keyin o'zgartirilmaydi. Bundan tashqari, iplar y ga o'zgartirishlar kiritsa-da, faqat bitta ip har qanday individual komponentga o'zgartirishlar kiritadi, shuning uchun ikkita (yoki undan ko'p) iplar tomonidan biron bir komponentni o'zgartirishga urinishlar bo'lmaydi. Agar bunday bo'lmasa nima bo'ladi? Ya'ni, bir nechta mavzular bitta xotira joyini yangilaganda nima bo'ladi? Biz buni 2 va 5- boblarda ham muhokama qilamiz, shuning uchun agar siz ushbu boblardan birini o'qigan bo'lsangiz, javobni allaqachon bilasiz. Ammo bir misolni ko'rib chiqaylik. ning qiymatini baholashga harakat qilaylik. Biz foydalanishimiz mumkin bo'lgan juda ko'p turli xil formulalar mavjud. Eng oddiylaridan biri bu hisoblash uchun eng yaxshi formula emas, chunki u juda aniq bo'lishidan oldin o'ng tomonda juda ko'p atamalarni oladi. Biroq, bizning maqsadlarimiz uchun ko'plab shartlar yaxshiroq bo'ladi. Quyidagi ketma-ket kod ushbu formuladan foydalanadi: double factor = 1.0; double sum = 0.0; for (i = 0; i < n; i++, factor = - factor) f sum += factor/(2*i+1); g pi = 4.0*sum; Biz buni matritsa-vektorni ko'paytirish dasturini parallel qilganimiz kabi parallellashtirishga harakat qilishimiz mumkin: for tsiklidagi takrorlanishlarni iplar o'rtasida taqsimlang va yig'indini umumiy o'zgaruvchiga aylantiring. Hisob- kitoblarni soddalashtirish uchun iplar soni, iplar soni yoki t, yig'indidagi atamalar sonini teng ravishda taqsimlaydi, n. Keyin, agar Nn D n=t bo'lsa, 0-ip birinchi Nn hadlarni qo'shishi mumkin. Shuning uchun, 0-ip uchun, halqa o'zgaruvchisi i 0 dan Nn 1 gacha bo'ladi. 1-mavzuga keyingi Nn shartlar qo'shiladi, shuning uchun 1-ip uchun halqa o'zgaruvchisi Nn dan 2Nn 1 gacha bo'ladi. Umuman olganda, q ip uchun halqa o'zgaruvchi oralig'ida bo'ladi 1 void* Thread sum(void* rank) f 2 long my rank = (long) rank; 3 double factor; 4 long long i; 5 long long my n = n/thread count; 6 long long my first i = my n*my rank; 7 long long my last i = my first i + my n; 8 9 if (my first i % 2 == 0) /* my first i is even */ 10 factor = 1.0; 11 else /* my first i is odd */ 12 factor = - 1.0; 13 14 for (i = my first i; i < my last i; i++, factor = - factor) f 15 sum += factor/(2*i+1); 16 } 17 18 return NULL; 19 g /* Thread sum */ Dastur 4.3 Hisoblash uchun threads funksiyasiga urinish Bundan tashqari, birinchi hadning belgisi qNn hadi, agar qNn juft bo'lsa ijobiy, qNn toq bo'lsa manfiy bo'ladi. Tarmoq funktsiyasi 4.3-dasturda ko'rsatilgan koddan foydalanishi mumkin. Agar Pthreads dasturini ikkita ip bilan ishga tushirsak va n nisbatan kichik bo'lsa, Pthreads dasturining natijalari ketma-ket yig'indi dasturi bilan mos kelishini topamiz. Biroq, n kattalashgan sari, biz o'ziga xos natijalarni olishni boshlaymiz. Masalan, ikki yadroli protsessor bilan biz quyidagi natijalarga erishamiz: E'tibor bering, biz n ni oshirganimizdan so'ng, bitta ip bilan baholash yaxshilanadi va yaxshilanadi. Aslida, n ning har bir 10 omili ortishi bilan biz yana bir to'g'ri raqamni olamiz. n D 105 bilan bitta ip bilan hisoblangan natija beshta to'g'ri raqamga ega. n D 106 bilan u oltita to'g'ri raqamga ega va hokazo. Ikki ip bilan hisoblangan natija bilan mos keladi. n D bo'lganda bitta ip bilan hisoblangan natija 105. Biroq, n ning kattaroq qiymatlari uchun ikkita ip bilan hisoblangan natija aslida yomonlashadi. Haqiqatdan ham, agar dasturni ikkita ip va bir xil n qiymati bilan bir necha marta ishga tushirsak, ikkita ip bilan hisoblangan natija bajarilishdan ishga o'tishini ko'ramiz. Bizning asl savolimizga javob aniq bo'lishi kerak: "Ha, bir nechta mavzular bitta umumiy o'zgaruvchini yangilashga harakat qilsa, bu muhim." Keling, nima uchun bunday bo'lganini eslaylik. Esda tutingki, ikkita qiymat qo'shilishi odatda bitta mashina ko'rsatmasi emas. Masalan, biz y xotira manzilining mazmunini bitta C iborasi bilan x xotira joyiga qo'shishimiz mumkin bo'lsa-da, x = x + y; Mashinaning qiladigan ishi odatda murakkabroq. X va y da saqlangan joriy qiymatlar, umuman olganda, arifmetik amallarni bajarish uchun sxemasi bo'lmagan kompyuterning asosiy xotirasida saqlanadi. Qo'shishni amalga oshirishdan oldin, x va y da saqlangan qiymatlarni asosiy xotiradan CPU registrlariga o'tkazish kerak bo'lishi mumkin. Qiymatlar registrlarga kiritilgandan so'ng, qo'shish amalga oshirilishi mumkin. Qo'shish tugagandan so'ng, natija registrdan xotiraga o'tkazilishi kerak bo'lishi mumkin. Aytaylik, bizda ikkita ip bor va ularning har biri o'zining shaxsiy o'zgaruvchisi yda saqlanadigan qiymatni hisoblaydi. Bundan tashqari, biz ushbu shaxsiy qiymatlarni asosiy oqim tomonidan 0 ga ishga tushirilgan umumiy x o'zgaruvchisiga qo'shmoqchimiz deb faraz qilaylik. Har bir ip quyidagi kodni bajaradi: y = Compute(my rank); x = x + y; Shuningdek, 0 ip y = 1 ni va 1 ip y = 2 ni hisoblaydi deb faraz qilaylik. “To‘g‘ri” natija x = 3 bo‘lishi kerak. Mana bitta mumkin bo‘lgan stsenariy: Foydalangan adabiyotlar 1. I. Foster, Designing and Building Parallel Programs, Addison-Wesley, Reading, MA, 1995. Also available from <http://www.mcs.anl.gov/itf/dbpp/> (accessed 21.09.10). 2. I. Foster, C. Kesselman, (Eds.), The Grid 2, second ed., Blueprint for a New Computing Infrastructure, Morgan Kaufmann, San Francisco, 2003. 3. The GNU MP Bignum Library. <http://gmplib.org/> (accessed 21.09.10) 4. A. Grama, et al., Introduction to Parallel Computing, second ed., Addison- Wesley, Harlow, Essex, 2003.

Mavzu: Pthreads bilan Umumiy xotirali dasturlash Reja: Kirish 1. Pthread s jarayonlar va kutubxonalar 2. Dastlabki o'yinlar 3. Matritsa-vektorlarni ko'shtirish 4. MUHIM BO'LIMLAR Foydalangan adabiyotlar

Kirish Eslatib o'tamiz, dasturchi nuqtai nazaridan umumiy xotira tizimi bitta barcha yadrolar barcha xotira joylariga kirishi mumkin (4.1-rasmga qarang). Shunday qilib yadrolar ishini muvofiqlashtirish muammosiga aniq yondashuvni aniqlashtirishdir ba'zi xotira joylari "birgalikda" ekanligi. Bu parallellikka juda tabiiy yondashuv dasturlash. Haqiqatan ham, nima uchun barcha parallel dasturlar buni ishlatmasligiga hayron bo'lishimiz mumkin umumiy xotira yondashuvi. Biroq, biz ushbu bobda muammolar mavjudligini ko'ramiz umumiy xotira tizimlarini dasturlashda ko'pincha muammolardan farq qiladi taqsimlangan xotira dasturlashda duch keladigan muammolar. Misol uchun, 2-bobda biz ko'rdikki, agar turli yadrolar bitta umumiy xotira manzilini yangilashga harakat qilsa, u holda uning mazmuni qo'yilgan joy oldindan aytib bo'lmaydigan bo'lishi mumkin. Umumiy joylashuvni yangilaydigan kod muhim bo'limga misoldir. Biz tanqidiy bo'limlarning boshqa misollarini ko'rib chiqamiz va biz bir nechta usullarni o'rganamiz muhim bo'limga kirishni nazorat qilish uchun. Biz umumiy xotira dasturlashning boshqa masalalari va usullari haqida ham bilib olamiz. Umumiy xotirali dasturlashda protsessorda ishlaydigan dasturning namunasi odatdathreadsdeb ataladi (MPI dan farqli o'laroq, u jarayon deb ataladi). Har birthreadsblokni bajarishni kutishi uchun iplarni qanday sinxronlashtirishni o'rganamiz boshqa mavzu ba'zi ishni tugatmaguncha bayonotlar. Vaziyat yuzaga kelmaguncha, biz ipni qanday qilib "uxlashga" qo'yishni o'rganamiz. Biz ba'zi holatlar mavjudligini ko'ramiz, ular dastlab tanqidiy qism juda katta bo'lishi kerakdek tuyulishi mumkin. Biroq, biz ba'zan dasturning ko'p qismini parallel ravishda bajarish uchun ushbu katta kod bloklariga kirishni "nozik sozlash" imkonini beradigan vositalar mavjudligini ham ko'ramiz. Biz kesh xotiralaridan foydalanish umumiy xotira dasturining sekinroq ishlashiga olib kelishi mumkinligini ko'ramiz. Nihoyat, biz ketma-ket qo'ng'iroqlar orasida "holatni saqlaydigan" funktsiyalar nomuvofiq yoki hatto noto'g'ri natijalarga olib kelishi mumkinligini ko'ramiz. Ushbu bobda biz umumiy xotira funktsiyalarining ko'pchiligi uchun POSIX R iplaridan foydalanamiz. Keyingi bobda biz OpenMP deb nomlangan umumiy xotira dasturlashning muqobil yondashuvini ko'rib chiqamiz.

PTHREADS JARAYONLAR VA KUTUBXONALAR 2-bobdan eslaylikki, umumiy xotirali dasturlashdathreadsbiroz MPI dasturlash jarayoniga o'xshaydi. Biroq, bu printsipial jihatdan, "engilroq" bo'lishi mumkin 4.1-rasm. Umumiy xotira tizimi Jarayon ishlayotgan (yoki foydalanilgan) dasturning namunasidir. Bajarilishi mumkin bo'lgan narsadan tashqari, u quyidagilardan iborat:  Stack uchun xotira bloki  Yig ‘ish uchun xotira bloki  Tizim jarayon uchun ajratgan resurslar deskriptorlari, masalan, fayl deskriptorlari.  Xavfsizlik ma'lumotlari - masalan, jarayon qaysi apparat va dasturiy ta'minot resurslariga kirishi mumkinligi haqidagi ma'lumot.  Jarayonning holati to'g'risidagi ma'lumotlar, masalan, jarayon ishga tayyormi yoki resursda kutilmoqdami, registrlar tarkibi, shu jumladan dastur hisoblagichi va boshqalar. Aksariyat tizimlarda, sukut bo'yicha, jarayonning xotira bloklari shaxsiydir: agar operatsion tizim aralashmasa, boshqa jarayon jarayonning xotirasiga bevosita kira olmaydi. Bu mantiqiy. Agar siz dastur yozish uchun matn muharriridan foydalanayotgan bo'lsangiz (bitta jarayon - ishlaydigan matn muharriri), brauzeringiz (boshqa jarayon) matn muharriri xotirasini qayta yozishni xohlamaysiz. Bu ko'p foydalanuvchi muhitida yanada muhimroq. Bir foydalanuvchining jarayonlariga boshqa foydalanuvchi jarayonlarining xotirasiga kirishga ruxsat berilmasligi kerak. Biroq, biz umumiy xotira dasturlarini ishga tushirganimizda, bu biz xohlagan narsa emas. Hech bo'lmaganda, biz ba'zi o'zgaruvchilar bir nechta jarayonlar uchun mavjud bo'lishini xohlaymiz, shuning uchun umumiy xotira "jarayonlari" odatda bir-birining xotirasiga kirishni ancha osonlashtiradi. Shuningdek, ular tez-tez stdout-ga kirish kabi narsalarni baham ko'rishadi. Aslida,

ular o'zlarining steklari va dastur hisoblagichlaridan tashqari, jarayonga xos bo'lgan deyarli hamma narsani baham ko'rishlari mumkin. Buni bitta jarayonni boshlash va keyin jarayonni ushbu "yengilroq" jarayonlarni boshlash orqali nisbatan oson tartibga solish mumkin. Shu sababli, ular ko'pincha engil vaznli jarayonlar deb ataladi. Ko'proq ishlatiladigan atama, ip, "nazorat ipi" tushunchasidan kelib chiqqan. Boshqaruv zanjiri - bu dasturdagi gaplar ketma-ketligi. Bu atama bitta jarayonda boshqaruv oqimini nazarda tutadi va umumiy xotira dasturida bitta jarayon bir nechta boshqaruv zanjiriga ega bo'lishi mumkin. Yuqorida aytib o'tganimizdek, ushbu bobda biz foydalanadigan iplarning maxsus amalga oshirilishi POSIX iplari yoki ko'pincha Pthreads deb ataladi. POSIX [41] Unix-ga o'xshash operatsion tizimlar uchun standartdir, masalan, Linux va Mac OS X. U bunday tizimlarda mavjud bo'lishi kerak bo'lgan turli xil imkoniyatlarni belgilaydi. Xususan, u ko'p bosqichli dasturlash uchun amaliy dasturlash interfeysini (API) belgilaydi. Pthreads dasturlash tili emas (masalan, C yoki Java). Aksincha, MPI kabi, Pthreads C dasturlari bilan bog'lanishi mumkin bo'lgan kutubxonani belgilaydi. MPI dan farqli o'laroq, Pthreads API faqat POSIX tizimlarida mavjud - Linux, Mac OS X, Solaris, HPUX va boshqalar. MPI-dan farqli o'laroq, ko'p tarmoqli dasturlash uchun keng qo'llaniladigan bir qator boshqa spetsifikatsiyalar mavjud: Java iplari, Windows ish zarralari, Solaris iplari. Biroq, barchathreadsspetsifikatsiyalari bir xil asosiy g'oyalarni qo'llab-quvvatlaydi, shuning uchun Pthreads-da qanday dasturlashni o'rganganingizdan so'ng, boshqa thread API-ni qanday dasturlashni o'rganish qiyin bo'lmaydi. Pthreads C kutubxonasi bo'lganligi sababli, u, asosan, C++ dasturlarida ishlatilishi mumkin. Biroq, umumiy xotira dasturlash uchun C++ standartini (C++ 0x) ishlab chiqish ustida ish olib borilmoqda. Agar siz C++ dasturlarini yozayotgan bo'lsangiz, Pthreads o'rniga undan foydalanish mantiqiy bo'lishi mumkin.

SALOM DUNYO Qani boshladik. Keling, Pthreads dasturini ko'rib chiqaylik. 4.1-dastur asosiy funktsiya bir nechta iplarni ishga tushiradigan dasturni ko'rsatadi. Har bir mavzu xabarni chop etadi va keyin tugaydi. Bajarish Dastur oddiy C dasturi kabi tuzilgan, bundan mustasno, Pthreads kutubxonasiga ulanishimiz kerak bo'lishi mumkin: 1 $ gcc — g — Wall — o_pth hello pth hello.c — lpthread -lpthread kompilyatorga Pthreads kutubxonasida bog'lanmoqchi ekanligimizni bildiradi. E'tibor bering, bu -lpthread emas, balki -lpthread. Ba'zi tizimlarda kompilyator avtomatik ravishda kutubxonaga bog'lanadi va -lpthread kerak bo'lmaydi. Dasturni ishga tushirish uchun quyidagi kodni yozamiz $ ./pth hello <number of threads> 1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <pthread.h> 4 5 / _ Global variable: accessible to all threads _ / 6 int thread count; 7 8 v oid _ Hello( v oid _ rank); / _ Thread function _ / 9 10 int main( int argc, char _ argv[]) f 11 long thread; / _ Use long in case of a 64 ??????bit system _ / 12 pthread t _ thread handles; 13 14 / _ Get number of threads from command line _ / 15 thread count = strtol(argv[1], NULL, 10); 16 17 thread handles = malloc (thread count _ sizeof (pthread t)); 18 19 for (thread = 0; thread < thread count; thread++) 1 Eslatib o'tamiz, dollar belgisi ($) qobiq so'rovidir, shuning uchun uni kiritmaslik kerak. Shuni ham yodda tutingki, biz Gnu C kompilyatoridan foydalanamiz, deb taxmin qilamiz, gcc va biz doimo variantlari — g, — Wall, and — o. Qo'shimcha ma'lumot uchun 2.9-bo'limga qarang.

O'xshashlar

MPI bilan taqsimlangan xotirali dasturlash
Umumiy xotirali multiprotsessorlar
Fayl va kataloglar bilan ishlash jarayonlarini dasturlash
C++ dasturlash tilida ma’lumotlarning murakkab toifalari (struktura) bilan ishlash
C++ dasturlash tilining fstream, exception,array kutubxonalari funksiyalari bilan ishlash