Programowanie współbieżne i rozproszone

Transkrypt

Programowanie
współbieżne
i rozproszone
WYKŁAD 1
dr inż. Krzysztof Pancerz
Krzysztof Pancerz
Literatura ogólna
●
●
●
Ben-Ari, M.: Podstawy programowania
współbieżnego i rozproszonego.
Wydawnictwa Naukowo-Techniczne,
Warszawa, 2009.
Czech, Z.J: Wprowadzenie do obliczeń
równoległych. Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa, 2013.
Herlihy, M., Shavit, N.: Sztuka programowania
wieloprocesorowego. Wydawnictwo Naukowe
PWN, Warszawa, 2010.
Krzysztof Pancerz
Literatura szczegółowa (język Java)
●
●
●
●
Barteczko, K.: Programowanie obiektowe i zdarzeniowe w Javie.
Wydawnictwo PJWSTK, Warszawa, 2005.
Barteczko, K., Drabik, W., Starosta, B.: Nowe metody
programowania, tom I. Wydawnictwo PJWSTK, Warszawa, 2005.
Barteczko, K., Drabik, W., Starosta, B.: Nowe metody
programowania, tom II. Wydawnictwo PJWSTK, Warszawa, 2006.
Brzuszek, M., Stpiczyński, P.: Programowanie współbieżne i
rozproszone w języku Java. UMCS, Lublin, 2012:
http://informatyka.umcs.lublin.pl/files/Skrypty/stpiczynski_brzuszek_programowanie_wspolbiezne_i_rozproszone_w_jezyku_java.pdf
●
Kaliszewska, M., Pieciukiewicz, T., Sobczak, A., Stencel, K.:
Technologie internetowe. Wydawnictwo PJWSTK, Warszawa,
2007.
Krzysztof Pancerz
Literatura szczegółowa (język Java)
●
●
Liguori, R., Liguori, P.: Java 8. Leksykon kieszonkowy.
Wydawnictwo Helion, Gliwice, 2015.
Wiele innych pozycji dotyczących języka Java i technologii
opartych na języku Java.
Krzysztof Pancerz
Wykonywanie rozkazów
●
●
Rozkazy maszynowe wykonywane są przez
procesor sekwencyjnie.
Rozkazy maszynowe posiadają dostęp do
danych przechowywanych w pamięci głównej
lub pomocniczej.
Krzysztof Pancerz
Program współbieżny
●
●
●
●
Program współbieżny (concurrent program)–
zbiór programów sekwencyjnych, które można
wykonywać równolegle.
Proces – program wchodzący w skład
programu współbieżnego.
Termin Program zarezerwowany jest do
oznaczenia całego zbioru procesów programu
współbieżnego.
Procesy wchodzące w skład programu
współbieżnego mogą ze sobą współdziałać.
Krzysztof Pancerz
Równoległy, współbieżny, rozproszony
●
●
●
Przymiotnik Równoległy stosuje się w
odniesieniu do systemów, w których wykonanie
wielu programów nakłada się na siebie w
czasie (są one wykonywane na różnych
procesorach).
Przymiotnik Współbieżny oznacza potencjalną
równoległość (wykonanie procesów może ale
nie musi nakładać się na siebie w czasie).
Przymiotnik Rozproszony stosuje się w
odniesieniu do systemów, w których wykonanie
wielu programów obywa się na rozproszonych
procesorach (np. w klastrach obliczeniowych)
Krzysztof Pancerz
Współbieżność
Współbieżność jest bardzo użyteczną abstrakcją,
dzięki której można lepiej zrozumieć program,
zakładając, że wszystkie procesy wykonują się
równolegle.
Krzysztof Pancerz
Powiązania komponentów systemów równoległych
Rozproszony
Współbieżny
Źródło:A. Tanenbaum „Struktura organizacyjna systemów komputerowych”. Helion, Gliwice, 2006.
Krzysztof Pancerz
Wykonywanie procesów współbieżnych
●
Generalnie wykonanie procesów współbieżnych
może przebiegać na trzy podstawowe sposoby:
1.Procesy wykonywane są przez pojedynczy
procesor rzeczywisty metodą przeplotu.
2.Każdy proces wykonywany jest przez odrębny
procesor, przy czym procesory mają dostęp
do wspólnej pamięci.
3.Procesy wykonywane są przez odrębne,
rozproszone procesory połączone kanałami
komunikacyjnymi.
Krzysztof Pancerz
Klasyfikacja Flynna
Klasyfikacja Flynna architektur komputerów opiera się na liczbie
strumieni rozkazów i liczbie strumieni danych, które mogą być
przetwarzane równolegle.
SISD (Single Instruction Stream – Single Data Stream) – pojedynczy
strumień rozkazów- pojedynczy strumień danych.
●
Architektura von Neumanna (sekwencyjnie pobierany jest pojedynczy
zestaw rozkazów operujący na pojedynczych danych).
MIMD (Multiple Instruction Stream – Multiple Data Stream) – wiele
strumieni rozkazów- wiele strumieni danych.
●
Systemy wieloprocesorowe, w których co najmniej dwa procesory
wykonują oddzielne strumienie rozkazów operujące na różnych danych.
Krzysztof Pancerz
Klasyfikacja Flynna
SIMD (Single Instruction Stream – Multiple Data Stream) –
pojedynczy strumień rozkazów- wiele strumieni danych.
●
Procesory wektorowe, w których przez jeden procesor sterujący
generowany jest pojedynczy strumień rozkazów, przekazywany do
wielu
oddzielnych
procesorów
arytmetycznych.
Procesory
arytmetyczne wykonują jednocześnie na różnych danych te same
rozkazy.
MISD (Multiple Instruction Stream – Single Data Stream) – wiele
strumieni rozkazów- jeden strumień danych.
●
Architektura nie jest wykorzystana w praktyce.
Krzysztof Pancerz
Klasyfikacja
Flynna
Źródło:
Wikimedia Commons
author: Colin M.L. Burnett
Krzysztof Pancerz
Przyśpieszenie zadania obliczeniowego
tj – czas wykonania zadania w systemie jednoprocesorowym.
tw – czas wykonania zadania w systemie wieloprocesorowym.
S(n) – przyśpieszenie przy użyciu systemu wieloprocesorowego
składającego się z n procesorów.
tj
S n=
tw
Krzysztof Pancerz
Prawo Amdahla
TS – łączny czas wykonywania ściśle sekwencyjnego kodu danego
programu (na jednym procesorze).
TR – łączny czas wykonywania pozostałego („równoległego”) kodu
danego programu (na jednym procesorze).
n – liczba procesorów.
S(n) – przyśpieszenie przy użyciu systemu wieloprocesorowego
składającego się z n procesorów.
T S T R
S n=
TR
T S
n
Krzysztof Pancerz
Prawo Amdahla
Źródło: B.S. Chalk: „Organizacja i architektura komputerów”. WNT, Warszawa, 1998.
Krzysztof Pancerz
Procesy i wątki
●
●
W teorii współbieżności używany jest termin
Proces.
W językach programowania spotykany jest
termin Wątek.
Krzysztof Pancerz
Procesy i wątki
●
●
Proces – wykonujący się program wraz z
dynamicznie przydzielonymi mu przez system
zasobami.
Wątek – sekwencja działań, która może
wykonywać się współbieżnie z innymi
sekwencjami działań w kontekście danego
procesu (programu).
Krzysztof Pancerz
Procesy i wątki
●
●
Proces wykonuje się we własnej przestrzeni
adresowej zarządzanej przez system
operacyjny.
Wątek wykonuje się w przestrzeni adresowej
jednego procesu.
Krzysztof Pancerz
Wykorzystanie wątków
●
Wątki umożliwiają programiście tworzenie
współbieżnych obliczeń w ramach jednego
programu, np. programy interakcyjne zawierają
osobny wątek obsługujący zdarzenia związane
z interfejsem użytkownika.
Krzysztof Pancerz
Programy wielowątkowe
●
W kontekście danego procesu może być
wykonywanych wiele wątków. Mówimy
wówczas o programie wielowątkowym.
Krzysztof Pancerz
Tworzenie klas wątków
●
●
Sposób 1: Utworzenie klasy wątku, która
dziedziczy z klasy Thread.
Sposób 2: Utworzenie klasy wątku, która
implementuje interfejs Runnable.
Krzysztof Pancerz
Tworzenie i uruchamianie wątku – sposób 1
●
●
●
●
Zdefiniować klasę wątku, która dziedziczy z
klasy Thread.
Przedefiniować metodę run, umieszczając w
niej instrukcje, które ma wykonać wątek.
Stworzyć obiekt utworzonej klasy wątku.
Wywołać na rzecz utworzonego obiektu wątku
metodę start.
Krzysztof Pancerz
Tworzenie i uruchamianie wątku – sposób 2
●
●
●
●
●
Zdefiniować klasę wątku, która implementuje
interfejs Runnable.
Zdefiniować metodę run, umieszczając w niej
instrukcje, które ma wykonać wątek.
Stworzyć obiekt utworzonej klasy wątku.
Stworzyć obiekt klasy Thread, przekazując w
konstruktorze referencję do utworzonego
obiektu wątku.
Wywołać na rzecz utworzonego obiektu klasy
Thread metodę start.
Krzysztof Pancerz
Zakończenie pracy wątku
●
Sposób naturalny: wątek kończy działanie, gdy
kończy się wykonywanie jego metody run.
–
●
Zakończenie metody run można uzyskać np. przez
sprawdzenie określonego warunku zakończenia
pracy wątku i gdy jest on spełniony - wykonanie
instrukcji return.
Sposób niezalecany: wywołanie metody stop
na rzecz obiektu wątku.
Krzysztof Pancerz
Stany wątku
●
●
Nowy wątek (New Thread) – stan w momencie
stworzenia obiektu wątku.
Wykonywany (Runnable) – stan po wywołaniu
metody start na rzecz obiektu wątku.
–
Stan ten oznacza potencjalną gotowość wątku do
działania, a nie tylko samo wykonywanie wątku.
Wątek jest bowiem wykonywany tylko w chwilach
czasowych, gdy zostanie mu przydzielony czas
procesora.
Krzysztof Pancerz
Stany wątku (cd.)
●
Nie wykonywany (Not Runnable) – stan, do
którego wątek przechodzi m.in. na skutek:
–
wywołania metody sleep,
–
wywołania metody wait,
–
blokowania na operacjach wejścia-wyjścia,
–
blokowania na obiekcie synchronizowanym.
Krzysztof Pancerz
Stany wątku (cd.)
Krzysztof Pancerz
Priorytety wątków
●
●
●
Każdy wątek posiada priorytet określony przez
liczbę naturalną z zakresu od 1 (najniższy
priorytet) do 10 (najwyższy priorytet).
Domyślnie wątek ma taki priorytet jak wątek,
który go stworzył. Wątek główny (metoda main)
ma priorytet 5.
Priorytety wątków uwzględniane są przy
przydzielaniu wątkom czasu procesora.
Krzysztof Pancerz
Priorytety wątków (cd.)
●
Priorytet wątku można dynamicznie zmieniać
przez wywołanie na rzecz obiektu wątku
metody setPriority, np.:
watek.setPriority(8);
Krzysztof Pancerz
Przykłady dodatkowych metod klasy Thread
●
●
Metody statyczne (wywoływane na rzecz klasy):
–
yield( ) - polecenie systemowi aby przerwał
wykonywanie bieżącego wątku i przydzielił czas
procesora następnemu wątkowi,
–
sleep(int n) – uśpienie bieżącego wątku na n
milisekund.
Metody wywoływane na rzecz obiektu wątku:
–
suspend( ) - zwieszenie wykonywania wątku,
–
resume( ) - wznowienie wykonywania
zawieszonego wątku,
–
setName(String nazwa) – ustawienie nazwy dla
wątku.
Krzysztof Pancerz

Programowanie współbieżne i rozproszone

Transkrypt

Podobne dokumenty

Sylabus przedmiotu - Syjon

SPECJALNOŚCI I PROMOTORZY

Oferta pracy - Programowanie kariery

Programowanie współbieżne i rozproszone

Grip Shift SRAM i3 3-bieg prawy imotion + pancerz+zaczep

Pancerz jeżowca jadalnego z rodzaju Echinus sp.

Programowanie współbieżne i rozproszone

1 Nazwa: SECred- Koło Naukowe Studentów WI ZUT Typ: nauka