I Grundlagen der parallelen Programmierung 1

Transkript

1 vii I Grundlagen der parallelen Programmierung 1 1 Einführung Paradigmenwechsel in der Softwareentwicklung Anwendungsbereiche Parallelität in der Hardware Prozessorarchitektur Multicore-Prozessoren und Multiprozessorsysteme Parallelität in der Software Prozesse und Threads Virtualisierung Parallelisierende Compiler Parallele Bibliotheken Amdahl sches Gesetz Threads Arbeiten mit Threads Erzeugung und Beendigung Datenaustausch Threadpools Scheduling Lastverteilung Affinitäten und Prioritäten Speicherzugriff Speichermodelle Speicherhierarchie Synchronisation Konflikte Entstehung Kritische Abschnitte... 43

2 viii 3.2 Synchronisationsmechanismen Mutexe Scoped Locking Monitore Lese-/Schreibsperren Semaphore Bedingungsvariablen Barrieren Einmalige Ausführung Atomare Operationen Spinlocks Fallstricke und Richtlinien Konflikterkennung Verklemmungen Nichtdeterminismus Fairness Skalierbarkeit Threadsicherheit und Wiedereintrittsfähigkeit Schnittstellenentwurf Task- und Datenparallelität Taskparallelität Erzeugung und Synchronisation von Tasks Parallelisierung rekursiver Algorithmen Taskgruppen Spekulation Implementierung eines Task-Schedulers Programmierrichtlinien Datenparallelität Schleifen ohne Datenabhängigkeiten Reduktionen Präfixberechnungen Partitionierung und Abbildung Datenstrukturen Threadsicherer Zugriff Grobgranulare Synchronisation Feingranulare Synchronisation Optimistische Synchronisation Nichtblockierende Synchronisation Weitere Optimierungen

3 ix 5.2 Auswahl der richtigen Datenstruktur Kriterien Listen Vektoren Assoziative Felder Warteschlangen und Stacks Multimengen Entwurfsmuster Zugriff auf gemeinsame Daten Grundlegende Synchronisationsmuster Threadlokaler Speicher Futures Synchronisationsproxy Active Object Zerlegung in parallel bearbeitbare Teilprobleme Grundlegende Zerlegungsmuster Master-Slave Erzeuger-Verbraucher Aktoren Reihenfolgebewahrender Threadpool Fließbandverarbeitung Pipelines Pipelines mit parallelen Stufen Parallele Pipelines Architektur paralleler Software Entwurf paralleler Algorithmen Entwurf paralleler Architekturen II Sprachen und Bibliotheken Threads und Synchronisation in C/C POSIX-Threads Threads Synchronisationsmechanismen Threadlokaler Speicher und Speicherallokation Windows-Threads Threads Synchronisationsmechanismen Threadlokaler Speicher und Speicherallokation Threadpools

4 x 8.3 C Lambda-Funktionen Threads Synchronisationsmechanismen Threadlokaler Speicher und Speicherallokation Speichermodell OpenMP Threads Parallele Bereiche Arbeitsteilung Speicherzugriff Threadlokaler Speicher Synchronisationsmechanismen Kritische Abschnitte Mutexe Barrieren Einmalige Ausführung Atomare Operationen Taskparallelität Parallelisierung rekursiver Algorithmen Variablenzugriff Suspendierung Datenparallelität Schleifen ohne Datenabhängigkeiten Reduktionen Partitionierung und Abbildung Speichermodell Threading Building Blocks Synchronisationsmechanismen Sperren Atomare Operationen Taskparallelität Parallele Funktionsaufrufe Taskgruppen Task Scheduler Datenparallelität Schleifen ohne Datenabhängigkeiten Reduktionen Präfixberechnungen

5 xi 10.4 Datenstrukturen Assoziative Felder und Mengen Warteschlangen Vektoren Algorithmen und Entwurfsmuster Sortieren Fließbandverarbeitung Flussgraphen Threadlokaler Speicher Speicherallokation Ausnahmen und Abbruch Parallele Programmierung mit Java Threads Threaderzeugung Threadpools Threadlokaler Speicher Synchronisationsmechanismen Sperren Spezielle Synchronisationsmechanismen Atomare Operationen Taskparallelität Tasks und Futures Starten von Tasks Rekursive Tasks Blockierende Operationen in Tasks Datenparallelität Datenstrukturen Speichermodell Parallele Programmierung mit.net Threads Threaderzeugung Threadpools Threadlokaler Speicher Synchronisationsmechanismen Sperren Spezielle Synchronisationsmechanismen Atomare Operationen Einmalige Ausführung Taskparallelität Tasks und Futures Fortsetzungstasks

6 xii 12.4 Datenparallelität Schleifen ohne Datenabhängigkeiten Parallele Aggregation PLINQ Datenstrukturen Ausnahmen und Abbruch Speichermodell Blick über den Tellerrand Funktionale Sprachen Aktorbasierte Programmierung Transaktionsbasierter Speicher Literaturverzeichnis Index