Валентин Юльевич Арьков
Организация параллельных потоков. Часть 1. Лабораторный практикум
© Валентин Юльевич Арьков, 2020
ISBN 978-5-4498-3657-1
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
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 Studio Community Edition.
Общие теоретические сведения об организации параллельных вычислений можно найти в соответствующей литературе [1—6]. 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:
Community Edition.
Дистрибутив находится на сайте
VisualStudio.com.
Рекомендуется использовать английскую версию среды программирования.
Обратите внимание на название каталога, в который установлен компилятор.
В случае 32-разрядной ОС можно установить только 32-разрядные приложения. Каталог для установки:
Program Files.
В случае 64-разрядной ОС можно установить как 32-разрядные, так и 64-разрядные приложения. Каталоги для установки – соответственно:
Program Files (x86)
Program Files.
Далее мы будем создавать именно 32-разрядные приложения, причём работающие в командной строке.
Задание. Проверьте наличие компилятора на компьютере. Если компилятор установлен, запустите его. Если компилятор отсутствует, установите его.
Опишите в отчёте параметры компилятора:
– версия;
– язык интерфейса;
– разрядность.
