Разработка многопотоковых программ - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Разработка многопотоковых программ, слайд №1

Разработка многопотоковых программ, слайд №2

Разработка многопотоковых программ, слайд №3

Разработка многопотоковых программ, слайд №4

Разработка многопотоковых программ, слайд №5

Разработка многопотоковых программ, слайд №6

Разработка многопотоковых программ, слайд №7

Разработка многопотоковых программ, слайд №8

Разработка многопотоковых программ, слайд №9

Разработка многопотоковых программ, слайд №10

Разработка многопотоковых программ, слайд №11

Разработка многопотоковых программ, слайд №12

Разработка многопотоковых программ, слайд №13

Разработка многопотоковых программ, слайд №14

Разработка многопотоковых программ, слайд №15

Разработка многопотоковых программ, слайд №16

Разработка многопотоковых программ, слайд №17

Разработка многопотоковых программ, слайд №18

Разработка многопотоковых программ, слайд №19

Разработка многопотоковых программ, слайд №20

Разработка многопотоковых программ, слайд №21

Разработка многопотоковых программ, слайд №22

Разработка многопотоковых программ, слайд №23

Разработка многопотоковых программ, слайд №24

Разработка многопотоковых программ, слайд №25

Разработка многопотоковых программ, слайд №26

Разработка многопотоковых программ, слайд №27

Разработка многопотоковых программ, слайд №28

Разработка многопотоковых программ, слайд №29

Разработка многопотоковых программ, слайд №30

Разработка многопотоковых программ, слайд №31

Разработка многопотоковых программ, слайд №32

Разработка многопотоковых программ, слайд №33

Разработка многопотоковых программ, слайд №34

Разработка многопотоковых программ, слайд №35

Разработка многопотоковых программ, слайд №36

Разработка многопотоковых программ, слайд №37

Разработка многопотоковых программ, слайд №38

Разработка многопотоковых программ, слайд №39

Разработка многопотоковых программ, слайд №40

Разработка многопотоковых программ, слайд №41

Разработка многопотоковых программ, слайд №42

Разработка многопотоковых программ, слайд №43

Разработка многопотоковых программ, слайд №44

Разработка многопотоковых программ, слайд №45

Разработка многопотоковых программ, слайд №46

Разработка многопотоковых программ, слайд №47

Разработка многопотоковых программ, слайд №48

Разработка многопотоковых программ, слайд №49

Разработка многопотоковых программ, слайд №50

Разработка многопотоковых программ, слайд №51

Разработка многопотоковых программ, слайд №52

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Разработка многопотоковых программ. Доклад-сообщение содержит 52 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Разработка многопотоковых программ Судаков А.А. “Параллельные и распределенные вычисления” Лекция 20

Слайд 2

Описание слайда:

План Многопотоковые библиотеки Стандарт POSIX Создание потоков Синхронизация Стандарт OpenMP

Слайд 3

Описание слайда:

Литература Учебное пособие по многопоточному программированию Учебное пособие по OpenMP

Слайд 4

Описание слайда:

Многопотоковость Поток – последовательность команд, которые выполняются параллельно с другими потоками в одном адресном пространстве Все (почти все) ресурсы потоков – общие Преимущества Простота взаимодействия между потоками Возможность использования нескольких процессоров одним процессом Большая производительность Недостатки Сложность синхронизации Большая вероятность появления ошибок

Слайд 5

Описание слайда:

Поддержка многопотоковости Существует несколько стандартов SUN threads – первая библиотека многопоточной работы Windows thread - M$ библиотека pthreads - стандарт POSIX на создание многопоточных программ Большое количество пользовательских библиотек по созданию многопотоковых программ Java green threads

Слайд 6

Описание слайда:

Стандарт POSIX Функции Создания потоков Завершения потоков Синхронизации между потоками Данные потоков

Слайд 7

Описание слайда:

Создание потоков int pthread_create( pthread_t * thread, //идентификатор потока pthread_attr_t * attr, // атрибуты потока void * (*start_routine)(void *), // функция потока void * arg //агрумент функции потока ); Идентификатор потока – обязательный структура Функция потока – функция, которая будет выполняться параллельно с другими Атрибуты – специальные свойства Аргумент – аргумент, который передается потоку

Слайд 8

Описание слайда:

Завершение потоков Выход из функции потока Принудительное завершение из другого потока Не рекомендуется из-за сложности обработки асинхронных сообщений

Слайд 9

$Пример #include #include void* thread_function(void* arg){ int num = (int) arg; int i; for (i=0; i$

Описание слайда:

Пример #include #include void* thread_function(void* arg){ int num = (int) arg; int i; for (i=0; i

Слайд 10

Описание слайда:

Пример выполнения [saa@cluster threads]$ gcc -pthread create.c [saa@cluster threads]$ ./a.out I am thread number 2 I am thread number 3 I am thread number 1 I am thread number 4 I am thread number 5 I am thread number 7 I am thread number 6 I am thread number 8 I am thread number 9

Слайд 11

Описание слайда:

Функции потоков Функции должны правильно работать с общими ресурсами Должны корректно выполняться параллельно одна другой Быть реентерабельными Реентерабельные Нет работы с общими данными Работа с общими данными корректно синхронизирована

Слайд 12

$Пример нереентерабельной функции char* mem ; // общая переменная void* thread_function(void* arg){ int num = (int) arg; int i; mem = malloc(1000);...$

Описание слайда:

Пример нереентерабельной функции char* mem ; // общая переменная void* thread_function(void* arg){ int num = (int) arg; int i; mem = malloc(1000); .... free(mem); return 0; } Можно удалить память дважды или присвоить используемому указателю новое значение

Слайд 13

Описание слайда:

Реентерабельные версии библиотечных функций Функция форматирования даты в виде текстовой строки char *ctime(const time_t *timep); Использует общий статически выделенный буфер Не может выполняться параллельно две функции Реентерабельная функция char *ctime_r(const time_t *timep, char *buf); Принимает аргумент - уникальный буфер пользователя Несколько функций может выполняться параллельно

Слайд 14

$Пример использования #include #include #include #include void* thread_function(void* arg){ time_t t = time(0); char buf[30]; printf("time is...$

Описание слайда:

Пример использования #include #include #include #include void* thread_function(void* arg){ time_t t = time(0); char buf[30]; printf("time is %s",ctime_r(&t,buf)); return 0; } int main(){ pthread_t threads[10]; int i; for (i=0; i

Слайд 15

Описание слайда:

Синхронизация Защита данных Обращение к общим переменным Гарантия, что при асинхронном завершении общие данные будут в непротиворечивом состоянии Синхронизация действий Привязка запуска/завершения одного потока к запуску/завершению другого потока

Слайд 16

Описание слайда:

Защита данных Мьютексы Взаимоисключающие блокировки Типы Быстрый – обычный тип блокировки Рекурсивный – поддерживается счетчик захватов С проверкой ошибок Создание Статически В динамически созданной структуре Операции Блокировка Освобождение Проверка

Слайд 17

Описание слайда:

Создание мьютексов Статическое создание pthread_mutex_t fastmutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_t recmutex = PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER_NP; pthread_mutex_t errchkmutex = PTHREAD_ERRORCHECK_MUTEX_INITIALIZER_NP; Динамическое создание в любой (даже динамически выделенной) памяти int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr); Удаление (для динамически создаваемых) int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex);

Слайд 18

Описание слайда:

Блокировка - освобождение Блокировка int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex); Освобождение int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex); Проверка int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex); Аналогично захвату, но не захватывает уже захваченную блокировку

Слайд 19

$Пример программы без блокировки #include #include #include #include long counter = 0; // счетчик void* thread_function(void* arg){ int num = (int)...$

Описание слайда:

Пример программы без блокировки #include #include #include #include long counter = 0; // счетчик void* thread_function(void* arg){ int num = (int) arg; int i; for (i=0; i

Слайд 20

Описание слайда:

Выполнение программы без блокировок [saa@cluster threads]$ gcc -pthread mutex.c [saa@cluster threads]$ ./a.out thread # 1, counter=1320529 thread # 2, counter=2004893 thread # 3, counter=2062666 thread # 5, counter=3396949 thread # 6, counter=3400423 thread # 4, counter=4741143 thread # 7, counter=4751892 thread # 9, counter=6096112 thread # 8, counter=6102053

Слайд 21

Описание слайда:

Пример той же программы с блокировками #include #include #include #include long counter = 0; pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; void* thread_function(void* arg){ int num = (int) arg; int i; for (i=0; i

Слайд 22

Описание слайда:

Семафоры Семафор – целочисленный атомарный счетчик с блокировкой Поддерживаются семафоры POSIX Отличия от семафоров UNIX Другие прототипы функций Нет третьего состояния (требование нуля) Создание int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); Удаление int sem_destroy(sem_t * sem); Уменьшение int sem_wait(sem_t * sem); Увеличение int sem_post(sem_t * sem);

Слайд 23

Описание слайда:

Условные переменные Ожидание наступления некоторого условия Поток проверки Проверка условия Захват блокировки Установка на ожидание Повторить Поток, который установил условие Сигнализирует ожидающим потокам

Слайд 24

Описание слайда:

Инициализация и удаление Статическая pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; Динамическая int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr); Удаление (только для динамических) int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);

Слайд 25

Описание слайда:

Условия Условие – некоторая переменная стала иметь некоторое значение Установлен флаг Счетчик стал достаточно большим Данные, которые соответствуют условию должны защищаться с помощью мьютекса

Слайд 26

Описание слайда:

Проверка условия Захватить мьютекс связанный с условием Проверить условие, если не выполнено Вызвать функцию проверки int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex); Функция переводит поток в состояние ожидания Функция автоматически освобождает указанную блокировку Если выполнено, освободить блокировку

Слайд 27

Описание слайда:

Сигнал о выполнении условия Вызвать функцию для указанной условной переменной int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); Функция переводит в состояние выполнения все потоки, которые ожидают выполнения условия

Слайд 28

Описание слайда:

Пример #include #include #include #include long counter = 0; int thr_count = 0; pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; void* thread_function(void* arg){ int num = (int) arg; int i; for (i=0; i

Слайд 29

Описание слайда:

Синхронизация действий Ожидание окончания потока int pthread_join(pthread_t th, void **thread_return); Вызывающий поток ждет завершения потока th Поток th не должен иметь атрибут PTHREAD_CREATE_DETACHED

Слайд 30

Описание слайда:

Пример join #include #include #include #include long counter = 0; pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; void* thread_function(void* arg){ int num = (int) arg; int i; for (i=0; i

Слайд 31

Описание слайда:

Пример выполнения [saa@cluster threads]$ gcc -pthread join.c -g [saa@cluster threads]$ ./a.out thread # 2, counter=974887 thread # 7, counter=977525 thread # 5, counter=980255 thread # 10, counter=985973 thread # 4, counter=998066 thread # 8, counter=998216 thread # 1, counter=998277 thread # 9, counter=999596 thread # 3, counter=999784 thread # 6, counter=1000000

Слайд 32

Описание слайда:

Данные связанные с потоками Все глобальные переменные общие для всех потоков Можно создать ключ – переменную, к которой имеют доступ все потоки, но значение переменной для каждого потока - свое Пример – переменная errno

Слайд 33

Описание слайда:

Стандарт OpenMP Разработка параллельных программ с использованием многопотоковости требует стандартных действий и стандартных правил Некоторые структуры (циклы) очень легко распараллеливаются Синхронизация доступа к данным выполняется стандартным образом Ручное использование многопоточности Больше ручной работы Большая вероятность ошибок

Слайд 34

Описание слайда:

Как распараллеливается Программа разбивается на параллельные участки, которые выполняются последовательно Fork-Join модель Каждый параллельный участок выполняется с помощью некоторого количества потоков По умолчанию – равно количеству процессоров Можно установить с помощью системной переменной OMP_NUM_THREAD

Слайд 35

Описание слайда:

Изменение программного кода Изменение кода выполняется путем указания компилятору какие участки и как распараллеливать Указания вводятся с помощью директив препроцессора или специальных комментариев, чтобы не «портить» код

Слайд 36

Описание слайда:

Как вводятся директивы Фортран !$OMP PARALLEL [clause ...] IF (scalar_logical_expression) PRIVATE (list) SHARED (list) DEFAULT (PRIVATE | SHARED | NONE) FIRSTPRIVATE (list) REDUCTION (operator: list) COPYIN (list) block !$OMP END PARALLEL C/C++ #pragma omp parallel [clause ...] newline if (scalar_expression) private (list) shared (list) default (shared | none) firstprivate (list) reduction (operator: list) copyin (list) structured_block

Слайд 37

Описание слайда:

Типы директив Какие участки распараллеливать #pragma omp parallel Какие участки выполнять в разных потоках #pragma omp sections –начало набора участков #pragma omp section – начало участка Какие участки выполнять одним потоком single Как планировать выполнение Shadule(тип, размер порции) Синхронизация Критический раздел, выполнение только мастер-потоком, барьер Какие данные являются общими, а какие - нет

Слайд 38

Описание слайда:

Распараллеливание циклов for #pragma omp parallel for #include #include using namespace std; int main (void){ #pragma omp parallel for for (int i =0; i

Слайд 39

Описание слайда:

Пример выполнения [saa@cluster omp]$ icc -openmp for.cpp for.cpp(7) : (col. 1) remark: OpenMP DEFINED LOOP WAS PARALLELIZED. [saa@cluster omp]$ ./a.out 05 1 2 3 4 6 7 8 9 [saa@cluster omp]$

Слайд 40

Описание слайда:

Участи параллельного выполнения #pragma omp parallel sections #pragma omp section Каждая секция будет выполняться в своем потоке #include #include using namespace std; int main (void){ #pragma omp parallel sections { #pragma omp section for (int i =0; i

Слайд 41

Описание слайда:

Пример выполнения [saa@cluster omp]$ icc -openmp section.cpp [saa@cluster omp]$ OMP_NUM_THREADS=4 ./a.out 05 1 2 3 4 6 7 8 9

Слайд 42

Описание слайда:

Типы планирования Применяется совместно с for Shedule(тип, порция) Порция – количество итераций Типы Static – работа статически разбивается на порции одинакового размера Dynamic -работа разбивается на порции заданного размера. После выполнения одной порции поток динамически выполняет другую GUIDED размер порции уменьшается экспоненциально по мере выполнения. Размер соответсвует минимальному размеру порции RUNTIME Решение принимается при запуске программы с помощью установки системной переменной OMP_SCHEDULE

Слайд 43

Описание слайда:

Синхронизация Указывается для блока команд Critical – указание критического раздела Master – выполняется только master потоком Barrier – указание барьера ORDERED -выполнение итераций цикла в той же последовательности, что и в последовательной программе

Слайд 44

Описание слайда:

Пример critical #include #include using namespace std; int main (void){ #pragma omp parallel for for (int i =0; i

Слайд 45

Описание слайда:

Пример выполнения критического раздела Без critical [saa@cluster omp]$ OMP_NUM_THREADS=10 ./a.out 0756893241 С указанием critical [saa@cluster omp]$ icc -openmp ./single.cpp ./single.cpp(7) : (col. 1) remark: OpenMP DEFINED LOOP WAS PARALLELIZED. [saa@cluster omp]$ OMP_NUM_THREADS=10 ./a.out 0 5 2 7 9 3 6 1 4 8

Слайд 46

Описание слайда:

Видимость данный Используется совместно с for, section или после определения данных SHARED (данные) – данные совместного использования – все сложности работы ложатся на программиста PRIVATE (данные) – данные являются частными данными потока, после выполнения потока не сохраняются THREADPRIVATE (данные) – глобальные данные являются частными данными потока, но должны быть консистентны для всех потоков и сохранятся после выполнения

Слайд 47

Описание слайда:

Пример частных и общих данных #include int alpha[10], beta[10], i; #pragma omp threadprivate(alpha) main () { /* First parallel region */ #pragma omp parallel private(i,beta) for (i=0; i < 10; i++) alpha[i] = beta[i] = i; /* Second parallel region */ #pragma omp parallel printf("alpha[3]= %d and beta[3]= %d\n",alpha[3],beta[3]); }

Слайд 48

Описание слайда:

Пример выполнения [saa@cluster omp]$ icc -openmp ./threadprivate.c ./threadprivate.c(9) : (col. 1) remark: OpenMP DEFINED REGION WAS PARALLELIZED. ./threadprivate.c(14) : (col. 1) remark: OpenMP DEFINED REGION WAS PARALLELIZED. [saa@cluster omp]$ OMP_NUM_THREADS=2 ./a.out alpha[3]= 3 and beta[3]= 0 alpha[3]= 3 and beta[3]= 0 Beta[] – данные потерялись Alpha[] – данные не потерялись

Слайд 49

Описание слайда:

Операции редукции Reduce(оператор:данные) Используется для указания параллельных блоков в котором выполняется операция редукции Опепраторы могут быть +,-,*,+=,-=,*=

Слайд 50

Описание слайда:

Пример редукции #include #include using namespace std; int k=0,l=0; int main (void){ #pragma omp parallel for shared(l) reduction(+:k) for (int i =0; i

Слайд 51

Описание слайда:

Результат выполнения [saa@cluster omp]$ icc -openmp ./reduce.cpp ./reduce.cpp(7) : (col. 1) remark: OpenMP DEFINED LOOP WAS PARALLELIZED. [saa@cluster omp]$ OMP_NUM_THREADS=10 ./a.out k=100000 l=60000 L потеряно