多核體系結(jié)構(gòu)與并行編程模型計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論第八講(編輯修改稿)
2025-02-14 17:09 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Fibonacci序列下一個(gè)元素的兩個(gè)線(xiàn)程 – 對(duì)兩個(gè)線(xiàn)程的執(zhí)行沒(méi)有任何約束 – 下面是兩個(gè)線(xiàn)程某次并行時(shí)的語(yǔ)句執(zhí)行順序 – 結(jié)果應(yīng)是 ? 0 +1 = 1 ? 1 +1 = 2 – 原因： 對(duì)共享變 量的訪(fǎng)問(wèn)缺 乏約束 prev和 curr: 初值分為 0和 1的共享變量 int retval。 int retval。 retval = curr。 retval = curr。 curr = curr+prev。 curr = curr+prev。 prev = retval。 prev = retval。 t 1 1 1 1 1 1 28 共享變量并行編程模型 ? 同步 – 同步是對(duì)線(xiàn)程執(zhí)行的順序進(jìn)行強(qiáng)行限制的一種機(jī)制 ， 用來(lái)控制線(xiàn)程執(zhí)行的相對(duì)順序 ， 可以有效解決任何線(xiàn)程之間的沖突 ， 而這些沖突有可能會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)程的執(zhí)行出現(xiàn)異常行為 – 簡(jiǎn)言之 ， 同步主要用于協(xié)調(diào)線(xiàn)程執(zhí)行和管理共享數(shù)據(jù) ? 同步機(jī)制 – 信號(hào)量 、 鎖 （ 又可細(xì)分成多種 ） 、 條件變量 、 … 29 共享變量并行編程模型 ? 鎖 用來(lái)體現(xiàn)一種互斥的并行控制策略 – 一個(gè)線(xiàn)程在同一個(gè)時(shí)刻只能使用一個(gè)鎖 ， 一個(gè)鎖至多由一個(gè)線(xiàn)程獲得 。 鎖有兩個(gè) 原子操作 ： 1. acquire: prev和 curr: 初值分為 0和 1的共享變量 L是鎖 int retval。 int retval。 Lacquire()。 Lacquire()。 retval = curr。 retval = curr。 curr = curr+prev。 curr = curr+prev。 prev = retval。 prev = retval。 30 鎖狀態(tài)改為 已加鎖 ，若鎖已被占用則等待 ，鎖的狀態(tài)保持 未加鎖 t 共享變量并行編程模型 ? 鎖 用來(lái)體現(xiàn)一種互斥的并行控制策略 – 一個(gè)線(xiàn)程在同一個(gè)時(shí)刻只能使用一個(gè)鎖 ， 一個(gè)鎖至多由一個(gè)線(xiàn)程獲得 。 鎖有兩個(gè)原子操作： 2. release: 將鎖狀態(tài) 由已加鎖變 為未加鎖 prev和 curr: 初值分為 0和 1的共享變量 L是鎖 int retval。 int retval。 Lacquire()。 Lacquire()。 retval = curr。 retval = curr。 curr = curr+prev。 curr = curr+prev。 prev = retval。 prev = retval。 Lrelease()。 Lrelease()。 31 t 共享變量并行編程模型 ? 鎖 用來(lái)體現(xiàn)一種互斥的并行控制策略 – 一個(gè)線(xiàn)程在同一個(gè)時(shí)刻只能使用一個(gè)鎖 ， 一個(gè)鎖至多由一個(gè)線(xiàn)程獲得 。 鎖有兩個(gè)原子操作： 3. 問(wèn)題 怎么等待 ? ? 忙等待： 不斷嘗試 ? 睡眠： 等待喚醒 prev和 curr: 初值分為 0和 1的共享變量 L是鎖 int retval。 int retval。 Lacquire()。 Lacquire()。 retval = curr。 retval = curr。 curr = curr+prev。 curr = curr+prev。 prev = retval。 prev = retval。 Lrelease()。 Lrelease()。 32 t 共享變量并行編程模型 ? 臨界區(qū) （ critical section） 指包含有共享變量的一段代碼 ， 這些共享變量和 多個(gè)線(xiàn)程之間存在相關(guān)關(guān)系 多線(xiàn)程編程的主要挑戰(zhàn)在于需要以多個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行 互斥操作的 方式實(shí)現(xiàn)臨 界區(qū) ， 以保 證多個(gè)線(xiàn)程 不會(huì)同時(shí)訪(fǎng) 問(wèn)臨界區(qū) prev和 curr: 初值分為 0和 1的共享變量 L是鎖 int retval。 int retval。 Lacquire()。 Lacquire()。 retval = curr。 retval = curr。 curr = curr+prev。 curr = curr+prev。 prev = retval。 prev = retval。 Lrelease()。 Lrelease()。 33 t ? 條件變量 共享變量的一種實(shí)現(xiàn)方式 例：生產(chǎn)者 /消費(fèi)者問(wèn)題 – 一個(gè)典型的同步問(wèn)題 ， 也稱(chēng)有限緩沖區(qū)問(wèn)題 – 生產(chǎn)者向緩沖區(qū)中寫(xiě)入 數(shù)據(jù) – 消費(fèi)者從緩沖區(qū)取得數(shù) 據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作 – 生產(chǎn)者和消費(fèi)者并行執(zhí)行 共享變量并行編程模型 void producer() { // 臨界區(qū)開(kāi)始 // 產(chǎn)生下一個(gè)數(shù)據(jù) // 臨界區(qū)結(jié)束 } void consumer() { // 臨界區(qū)開(kāi)始 // 消費(fèi)下一個(gè)數(shù)據(jù) // 臨界區(qū)結(jié)束 } 34 ? 條件變量 右邊是生產(chǎn)者線(xiàn)程 ， 條 件變量 C使用 鎖 L來(lái)完成 對(duì)共享數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn) ， 可對(duì) 條件變量 C執(zhí)行 3種原子 操作 （ LC 的初值為 false） 1. wait(L): 釋放自身持有 的鎖并處于 C的等待隊(duì)列 。 該執(zhí)行完畢時(shí) ， 鎖已經(jīng)可 被其他線(xiàn)程獲得 共享變量并行編程模型 void producer() { while(1) { Lacquire()。 // 臨界區(qū)開(kāi)始 while(LC == true) { Cwait(L)。 } // 產(chǎn)生下一個(gè)數(shù)據(jù) LC = true。 Csignal(L)。 // 臨界區(qū)結(jié)束 Lrelease()。 } } 35 Conditon C。 Lock L。 Bool LC = false。 ? 條件變量 右邊是生產(chǎn)者線(xiàn)程 ， 條 件變量 C使用 鎖 L來(lái)完成 對(duì)共享數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn) ， 可對(duì) 條件變量 C執(zhí)行 3種原子 操作 （ LC 的初值為 false） 2. signal(L): 發(fā)信號(hào) ， 允許 等待 C的一個(gè)線(xiàn)程繼續(xù)執(zhí) 行 。 該操作完畢后 ， 鎖仍 然由發(fā)信號(hào)的線(xiàn)程持有 共享變量并行編程模型 void producer() { while(1) { Lacquire()。 // 臨界區(qū)開(kāi)始 while(LC == true) { Cwait(L)。 } // 產(chǎn)生下一個(gè)數(shù)據(jù) LC = true。 Csignal(L)。 // 臨界區(qū)結(jié)束 Lrelease()。 } } 36 Conditon C。 Lock L。 Bool LC = false。 ?
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