多執行緒演算法

2022-03-14 20:28:10 字數 1095 閱讀 2620

一、問題提出 

單處理器上只能用序列演算法,所謂的並行也是時間片輪轉,沒有真正達到併發的意義。上下文切換還會有時間消耗,但是我們不可能為每乙個任務都分配乙個cpu,是一種不得已而為之的併發。前面是軟體併發,但是多處理器時代,允許多條指令在處理器上併發執行,討論硬體併發。併發有多程序併發和多執行緒併發,二者各有優缺點,我們討論多執行緒的併發。(多執行緒)多核處理器,面臨分布式儲存和共享儲存的問題。分布式儲存在訪問另乙個處理器儲存時需要傳送一條顯示訊息,效率相比較低一些。分布式儲存致力於解決海量資料的可擴充套件儲存問題,自有其無可替代的應用場景。本文主要介紹共享儲存。

二、多執行緒問題

多處理器和共享儲存並行計算機有共同特徵:使用靜態執行緒。所謂靜態執行緒就是執行緒池,免去頻繁建立執行緒的麻煩。但是,讓每個執行緒接受大小一致的負載,即負載均衡比較困難。這種情況促使一些併發平台產生,提供一軟體層來協調管理這些並行的資源。

本文介紹「動態多執行緒」一種併發平台,此併發平台包含乙個排程器進行自動進行負載均衡計算。

1、動態多執行緒都有兩個特徵:巢狀並行和並行迴圈。前者可參考斐波那契,允許併發的子過程繼續併發子過程。後者參考矩陣相乘,每一步計算,在乙個執行緒裡可併發的執行。

2、排程:  自動負載均衡計算採用貪心排程器,採用最長處理時間作業優先的貪心策略:(n個作業,m個機器)

當n≤m時, 只要將機器i的[0, ti]時間區間分配給作業i即可。

當n>m時, 將n個作業依其所需的處理時間從大到小排序,然後依次將作業分配給空閒的處理機。

貪心排程器:

三、效能度量

加速比:在p個處理器上比在1個處理器上快多少倍(總工作量/工作時間,工作量是指總的計算量,工作時間是最長執行緒所需要的時間)。加速比最大是處理器的數目,完美線性加速。好的排程演算法就是無限接近完美線性加速,貪心排程器可以達到近完美線性加速。

無限增加處理器沒有意義,現實場景也不可能。一般計算量10倍於處理器以上,可達到好的加速比。

四、並行中的競爭

雖然可以使用互斥鎖,原子操作等執行緒同步方法,最好是讓每個執行緒獨立執行,不存在競爭,但是對於執行緒共享記憶體的特性而言是不可能的,以後部落格會介紹併發程式設計。

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