c_multiprocessing
Toto je starší verze dokumentu!
Obsah
Multiprocessing
- Multiprocessing se dělá buď kvůli paralelnímu zpracování úlohy (jedna část řídí program, další části vykonávají nějakou činnost) nebo kvůli výkonu (čím víc CPU zapojíme do výpočtu, tím rychleji bude výsledek)
- Procesy, Vlákna/Threads, Lightweight procesy … zajímavá prezentace link
Pojmy
- multitasking
- multithreading
- multiprocessing
Vlákna/threads
- vlákno bývá označováno jako tzv. LWP - lightweight process (jednoduše to není heavy full proces)
- vlákno se spouští uvnitř procesu a dokáže sdílet jeho systémové prostředky
User space/level threads (ULT)
- Vlastnosti
- Správu vláken provádí tzv. vláknová knihovna (thread library) na úrovni aplikačního procesu, JOS o jejich existenci neví
- Přepojování mezi vlákny nepožaduje provádění funkcí jádra
- Nepřepíná se ani kontext procesu ani režim procesoru
- Aplikace má možnost zvolit si nejvhodnější strategii a algoritmus pro plánování vláken
- výhody
- Rychlé přepínání mezi vlákny (bez účasti JOS)
- Lze použít i v OS, který vlákna nepodporuje; je nutná pouze vláknová knihovna
- Rychlá tvorba a zánik vláken
- Uživatelský proces má plnou kontrolu nad vlákny (např. může zadávat priority či volit plánovací algoritmus)
- Nevýhody
- systémová volání z jakéhokoliv vlákna blokuje činnost všech vláken. Systémové volání totiž zablokuje celý proces a předá řízení systému. Částečným řešením je nevolat funkce blokující systémová volání. Ono je to i logické, protože ty user space vlákna nikdy neběží paralelně (na více procesorech)
- Jádro přiděluje procesor pouze procesům, takže dvě vlákna téhož procesu nemohou běžet současně, i když je k dispozici více procesorů … prý to jde nějak vynutit řikal frebauer, ale jestli to nebylo v kernel space :) nějakej set mask nebo co..
kernel space/level threads (KLT)
- skutečný paralelismus, blokování jednoho vlákna neovliní vlákna další
- Výhody:
- Volání systému neblokuje ostatní vlákna téhož procesu
- Jeden proces může využít více procesorů (skutečný paralelismus uvnitř jednoho procesu – každé vlákno běží na jiném procesoru)
- Tvorba, rušení a přepínání mezi vlákny je levnější než mezi procesy
- I moduly jádra mohou mít vícevláknový charakter
- Nevýhody:
- Systémová správa je režijně nákladnější než u čistě uživatelských vláken
- Klasické plánování není spravedlivé: Dostává-li vlákno své kvantum, pak procesy s více vlákny dostávají více času
Praxe
- Knihovna Pthreads poskytuje unifikované API:
- Nepodporuje-li JOS vlákna, knihovna Pthreads bude pracovat čistě s ULT
- Implementuje-li příslušné jádro KLT, pak knihovna Pthreads toho bude využívat
- Pthreads je tedy systémově závislá knihovna
- Vlákna Linux:
- Linux nazývá vlákna tasks
- Vytváření vláken je realizováno službou clone()
- clone() umožňuje vláknu (task) sdílet adresní prostor s rodičem
- fork() vytvoří zcela samostatný proces s kopií prostoru rodičovského procesu. Uplaťnuje se přitom CoW (copy-on-write). Mechanismus CoW namapuje virtuální pamět potomka na fyzickou paměť rodiče. Až pří zápisu do paměti jakéhokoliv z procesů se přislušné modifikované stránky kopírují do nové stránky ve fyzické paměti
- clone() vytvoří vlákno, které dostane odkaz (pointer) na adresní prostor rodiče
-
- Poslední implementací je implementace NPTL (Native POSIX Thread Library). Tato implementace se opět vrací k mapování 1:1 (one-to-one, kernel vlakno = user space vlakno). Díky tomu odstraňuje nutnost použití dvou plánovačů. Implementace používá podobné techniky jako LinuxThreads (použití syscallu clone). Díky změnám v kernelu – např. přepracování syscallu clone, zavedení mapy alokovaných pid, O(1) plánovače, futexů a dalším – odstraňuje i výkonnostní problémy původní implementace LinuxThreads. Navíc je plně kompatibilní s normou POSIX. Tato implementace byla v době svého uvedení cca dvakrát výkonnější než NGPT. Uvedena byla přibližně ve stejné době jako NGPT – tj. v letech 2002/2003. Je součástí kernelu 2.6 a je plně integrována se současnou GNU C Library.
c_multiprocessing.1389776648.txt.gz · Poslední úprava: (upraveno mimo DokuWiki)