Организация параллельных потоков. Часть 2 - [2]
Задание. Изучите в Википедии следующие статьи и выясните, что означают эти термины:
— «Multiprocessing» или «Многопроцессорность»;
— «Multithreading (computer architecture)» или «Многопоточность»;
— «Многоядерный процессор» или «Multi-core processor»;
— «OpenMP».
Задание. Изучите историю разработки технологии и версии спецификаций для обоих языков программирования:
https://www.openmp.org/specifications/.
OpenMP использует наиболее распространённую модель параллелизма:
Single Instruction Multiple Data (SIMD).
В этом случае параллельная часть программы состоит из нескольких одинаковых потоков, которые обрабатывают разные наборы данных.
Задание. Изучите в Википедии статьи «SIMD» и «Таксономия Флинна». Выясните, что такое SIMD.
2.2. Многопоточность
Использование OpenMP проще всего изучать на компьютере с одним многоядерным процессором.
Чтобы сделать из последовательной программы параллельную, разработчику нужно добавить всего несколько строк. Компилятор может игнорировать директивы распараллеливания. В этом случае мы получаем исходную последовательную программу. Если настроить компилятор на использование OpenMP, он автоматически сгенерирует и скомпилирует параллельную программу.
В технологии OpenMP происходит динамическое создание потоков. В процессе работы программа может создавать и уничтожать дополнительные потоки (рис. 2.1). Такая модель условно называется «fork-join». Это означаетразделение программына несколько параллельных веток, выполнение работы параллельном режиме и последующее слияние в одну последовательную ветку.
Рис. 2.1. Модель распараллеливания fork-join
Задание. Изучите в Википедии статью «Fork join».
2.3. Термины OpenMP
В технологии OpenMP используют следующие понятия и термины.
Construct — Конструкция — директива и следующий за ней структурный блок команд (часть программы, ограниченная фигурными скобками).
Directive — Директива — строка, начинающаяся как #pragma omp и определяющая поведение программы.
Thread — Поток — часть программы, которая может выполняться последовательно на одном ядре.
Master thread — Главный поток — поток, который существует на протяжении всего времени выполнения процесса и который создаёт группу параллельных потоков (Team) при входе в параллельную область.
Team — Группа параллельных потоков — один или несколько потоков, которые участвуют в выполнении какой-либо конструкции языка.
Параллельная программа состоит из параллельных и последовательных областей.
Parallel region — Параллельная область — часть программы, которая может выполняться несколькими потоками.
Serial region — Последовательная область — часть программы, которая выполняется только главным потоком.
Переменные делятся на два вида — в зависимости от способа доступа:
Private — уникальная переменная, доступная только внутри потока.
Shared — общая переменная, доступная всем параллельным потокам в рамках одной группы.
2.4. Ответственность разработчика
Лёгкость распараллеливания оборачивается повышением ответственности программиста.
Конкретная реализация OpenMP (среда разработки, компилятор и библиотека) не обязательно проверяет корректность распараллеливания и возникновение следующих нежелательных ситуаций:
— Dependencies — зависимости по данным между параллельными потоками;
— Conflicts — конфликты доступа к данным;
— Deadlocks — тупиковые ситуации (взаимная блокировка);
— Race conditions — ситуация гонки за доступ к данным.
Как видим, все эти ситуации связаны с обращением к общим данным из нескольих параллельных потоков. В последовательных программах таким проблем просто не может возникнуть.
Ответственность за корректность составления программы лежит полностью на составителе программы. Все эти положения можно найти в тексте спецификации OpenMP.
2.5. Инструменты OpenMP
Для реализации параллелизма в технологии OpenMP используют три вида инструментов:
— Directives — Директивы компилятора;
— Library functions — Готовые библиотечные функции;
— Environment variables — Переменные среды (параметры окружения).
2.5. Среда разработки
Всё программное обеспечение, используемое в данной работе, является бесплатным и доступно на официальных сайтах фирм-разработчиков. Программы устанавливают в операционной системе Microsoft Windows.
Интегрированная среда разработки Microsoft Visual Studio Community Edition предоставляется бесплатно для студентов, индивидуально работающих программистов и разработчиков программного обеспечения с открытым исходным кодом Open Source.
В данной работе мы будем использовать Visual Studio. Не потому, что это самый лучший компилятор. И не потому, что мы хотели бы заработать на рекламе конкретного программного продукта. Просто под руку попалось. Работает для наших задач — и на том спасибо.
Желающие могут работать в любой другой операционной системе и использовать любой другой компилятор языка программирования Си. Всё, что требуется — это поддержка технологии распараллеливания OpenMP.
Устанавливаем Visual Studio.
Переходим на сайт:
https://visualstudio.microsoft.com/.
Выбираем версию Community Edition (рис. 2.2). Она бесплатна для учебных и некоммерческих целей.
Перед вами продолжение серии пособий, позволяющих познакомиться с основными технологиями бизнес-аналитики. Многое можно сделать в рамках электронной таблицы, которая превращается в интуитивно понятный интерфейс к продвинутым инструментам анализа данных. В данной работе мы рассмотрим создание реляционной модели и визуализацию иерархии в агрегированных данных с использованием специализированных надстроек.
В данной лабораторной работе рассматриваются основы организации параллельных потоков с помощью стандартных вызовов операционной системы. В работе используется бесплатная интегрированная среда разработки. Приводятся примеры программ на языке Си.
Учебное пособие позволяет освоить базовые методы статистического анализа распределения с помощью сводки и группировки данных в пакете Microsoft Excel. Практическое знакомство происходит подробно, шаг за шагом, с примерами и комментариями. Попутно можно улучшить навыки работы в Excel, что само по себе уже полезно как элемент современной компьютерной грамотности.
Гистограмма — это один из самых простых инструментов статистического УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ производства. В этой работе будет использоваться пакет Microsoft Excel для создания исходных данных, а также для построения и анализа гистограммы. Можно также использовать любой другой программный инструмент, позволяющий строить гистограммы.
Общение в сети ничем особенно не отличается от обычного, прямого общения между людьми. Это такое же общение, то есть обмен словами, мыслями или эмоциями между людьми. Вы сможете практически познакомиться с общими правилами общения в сети на примере такого вроде бы простого действия, как составление отзыва. Если честно выполнить все предложенные задания, можно будет узнать что-то новое — о других и о себе.
Сводные таблицы — средство оперативного анализа данных с помощью статистических методов сводки и группировки. Обобщенные итоговые показатели подсчитываются в виде сумм и средних значений. Настройка сводных таблиц делается визуально, без программирования. Каждый метод анализа данных вначале рассматривается на примере смоделированных данных, а затем с использованием реальных данных из интернета.