Организация параллельных потоков. Часть 1
Лабораторный практикум
Валентин Юльевич Арьков
© Валентин Юльевич Арьков, 2020
Введение
Большинство современных процессоров в настольных компьютерах и мобильных устройствах многоядерные. Чтобы эффективно использовать такие вычислительные ресурсы, необходимо составлять параллельные программы. Для этого можно задействовать параллельные потоки либо параллельные процессы.
В данной работе рассматривается технология параллельного программирования потоков Microsoft Windows встроенными средствами, без специальных библиотек. Для составления и компиляции программ на Си используется бесплатная интегрированная среда разработки Microsoft Visual StudioCommunity Edition.
Общие теоретические сведения об организации параллельных вычислений можно найти в соответствующей литературе [16]. В данной работе мы рассматриваем только основы организации параллельных потоков.
1. Общие сведения о работе
Целью работы является изучение технологии программирования параллельных потоков Microsoft Windows.
Основные этапы выполнения работы:
Процессы и потоки
Процессоры и ядра
Компилятор
Параллельные потоки
Состояние процесса
Время выполнения
Ускорение и эффективность
Привязка задач к ядрам
«Гонка» за доступ к данным
Критическая секция
По результатам выполнения работы оформляется отчёт.
1.1. Составление и оформление отчёта
Отчёт оформляется в виде рабочей книги Microsoft Excel.
Состав отчёта:
Титульный лист
Оглавление
Остальные листы
Для удобства навигации вкладки листов нумеруем.
В оглавлении делаем ссылку на каждый лист.
Подробнее оформление отчёта в пакете Excel описано в работе [7].
Задание. Создайте файл отчёта и оформите титульный лист и оглавление.
1.2. Ключевые определения
Перед началом выполнения работы необходимо определиться с основными терминами.
Задание. Выясните, что означают перечисленные термины:
прикладная программа (application);
алгоритм программы
исходный текст программы;
компилятор;
вычислительный процесс (process);
поток исполнения / выполнения (thread);
многопоточность;
центральный процессор (CPU);
ядро микропроцессора (Core);
HyperThreading;
виртуальный процессор.
Заметим, что независимо от физической конфигурации компьютера, операционная система представляет все вычислительные устройства как виртуальные процессоры.
Задание. Запустите Task Manager (Диспетчер задач) и определите следующие параметры:
число виртуальных процессоров;
размер доступной оперативной памяти;
число выполняемых процессов;
число потоков общее и в каждом процессе;
уровень загрузки процессора в целом и каждого виртуального процессора.
2. Организация вычислительных экспериментов
2.1. Конфигурация компьютера
Возможности улучшения вычислительной производительности компьютера ограничены его конфигурацией. Поэтому нам предстоит познакомиться со своим компьютером.
Задание. Ознакомьтесь с конфигурацией компьютера и параметрами системы с помощью следующих средств:
свойства компьютера;
диспетчер устройств;
параметр окружения NUMBER OF PROCESSORS;
сайт производителя процессора;
диспетчер задач.
Опишите в отчёте конфигурацию и состояние системы:
процессор;
разрядность процессора;
число ядер;
поддержка HyperThreading;
версия операционной системы;
разрядность операционной системы;
число выполняемых потоков на ядро;
число виртуальных процессоров;
объём занятой оперативной памяти;
объём виртуальной памяти
наличие подкачки.
2.2. Среда разработки
Данная работа выполняется с использованием среды разработки Microsoft Visual Studio. Далее рассматриваются примеры программ на языке программирования С, хотя компилятор поддерживает также и С++.
В работе используется бесплатная версия среды разработки: