Бір уақытта мәліметтер құрылымы - Concurrent data structure - Wikipedia

Жылы есептеу техникасы, а бір уақытта мәліметтер құрылымы - бұл көптеген компьютерлерге қол жеткізу үшін деректерді сақтау мен жүйелеудің ерекше тәсілі жіптер (немесе процестер ) компьютерде.

Тарихи деректердің мұндай құрылымдары қолданылған бірпроцессорлы бар машиналар операциялық жүйелер көп компьютерлік ағындарды қолдайтын (немесе процестер ). Термин параллельдік басып алдымультиплекстеу / ағындардың операциялық жүйенің деректердегі әрекеттерін бір-бірімен байланыстыру, дегенмен процессорлар деректерге бір уақытта қол жеткізетін екі операцияны ешқашан таратпаған.

Бүгін, сол сияқты мультипроцессорлы қамтамасыз ететін компьютерлік архитектураларпараллелизм басым компьютерлік платформаға айналу (таралу арқылы көп ядролы Бұл термин негізінен мәліметтерге бір мезгілде қол жеткізе алатын мультиплекторлар арқылы қол жеткізуге болатын деректер құрылымына қатысты болды, олар бір-бірімен байланысатын әртүрлі процессорларда жұмыс істейді. ортақ деректер құрылымы) деп аталатын дерексіз сақтау ортасында деп саналады ортақ жады дегенмен, бұл жады физикалық түрде «тығыз байланысқан» немесе сақтау модульдерінің таратылған коллекциясы ретінде жүзеге асырылуы мүмкін.

Негізгі қағидалар

Параллельді немесе үлестірілген есептеу орталарын пайдалануға арналған параллельді мәліметтер құрылымы, біртұтас процессорлық машинада қолдануға арналған «дәйекті» мәліметтер құрылымынан бірнеше тәсілдермен ерекшеленеді.[1] Ең бастысы, дәйекті ортада деректер құрылымының қасиеттері көрсетіледі және олардың дұрыс орындалғанын тексеріп, қамтамасыз етеді қауіпсіздік қасиеттері. Бір мезгілде қоршаған орта сипаттаманы сипаттауы керектіршілік қасиеттері Қауіпсіздік қасиеттері әдетте жаман нәрсе ешқашан болмайды, ал тіршілік қасиеттері жақсы нәрсе бола береді деп айтады, бұл қасиеттерді, мысалы, пайдалану арқылы көрсетуге болады. Сызықтық уақытша логика.

Өмір сүруге қойылатын талаптардың түрі мәліметтер құрылымын анықтауға бейім әдіс қоңыраулар болуы мүмкін бұғаттау немесе блоктаушы емес. Мәліметтер құрылымы бір түрге немесе басқа түрге шектелмейді және комбинацияларға жол бере алады, мұнда кейбір әдіс шақырулар блокталса, ал басқалары бұғатталмайды (мысалдарды мына жерден табуға болады: Java параллельдігі бағдарламалық кітапхана).

Бір уақытта мәліметтер құрылымының қауіпсіздік қасиеттері әр түрлі ағындармен аталған әдістердің көптеген мүмкін болатын байланыстарын ескере отырып, олардың мінез-құлқын ескеруі керек. Деректер құрылымдарының бір-бірімен байланысы жоқ дәйекті жағдайда қалай болатынын көрсету өте орынды, сондықтан сәйкес мәліметтер құрылымының қауіпсіздік қасиеттерін талқылауға арналған көптеген негізгі тәсілдер (мысалы) сериялылық, сызықтық сипат, дәйектілік, және дәйектілік[1]) құрылымдарды сәйкесінше көрсетіңіз және дәйектіліктер жиынтығының бір уақытта орындалуын картаға салыңыз.

Қауіпсіздік пен тіршілік қасиеттеріне кепілдік беру үшін бір уақытта мәліметтер құрылымдары (әрдайым болмаса да) жіптердің үзілуіне жол беруі керек консенсус деректерге бір уақытта қол жеткізу және оларды өзгерту туралы сұраныстардың нәтижелері туралы. Осындай келісімді қолдау үшін бір уақытта мәліметтер құрылымы синхрондаудың алғашқы қарабайыр операцияларын қолданады (қараңыз) синхрондау примитивтері ) қазіргі заманға сай қол жетімді мультипроцессорлы машиналар бұл бірнеше жіптің консенсусқа жетуіне мүмкіндік береді. Бұл келісімге блоктау тәсілімен пайдалану арқылы қол жеткізуге болады құлыптар, немесе құлыпсыз, бұл жағдайда блоктаушы емес. Бір уақытта мәліметтер құрылымын жобалаудың кең теориясы бар (библиографиялық сілтемелер).

Жобалау және енгізу

Мәліметтердің параллельді құрылымын олардың дәйектілік аналогтарына қарағанда жобалау және олардың дұрыстығын тексеру айтарлықтай қиын.

Бұл қосымша қиындықтың негізгі көзі параллельділік болып табылады, бұл жіптерді толығымен асинхронды деп санау керек: олар операциялық жүйенің алдын-ала қаралуына, беттің ақауларына, үзілістерге және т.б.

Бүгінгі машиналарда процессорлар мен жадының орналасуы, жадтағы мәліметтердің орналасуы, мультипроцессорлық архитектураның әртүрлі элементтеріндегі байланыс жүктемесі өнімділікке әсер етеді, сонымен қатар дәлдік пен өнімділік арасында шиеленіс бар: өнімділікті жиі жақсартуға тырысатын алгоритмдік жетілдірулер дұрыс мәліметтер құрылымының орындалуын жобалауды және тексеруді қиындатыңыз.[2]

Өнімділіктің негізгі өлшемі - бұл масштабтау жылдамдық іске асыру. Жылдамдық - бұл қосымшаның өзі жұмыс істеп тұрған машинаны қолданудың тиімділігі. Р процессорлары бар машинада жылдамдық дегеніміз - бұл бір процессордағы құрылымдардың орындалу уақытының оның T процессорларындағы орындалу уақытына қатынасы. Ең дұрысы, біз сызықтық жылдамдықты қалаймыз: біз P процессорларын қолданған кезде P жылдамдығына қол жеткізгіміз келеді. Жылдамдық жылдамдығы P-мен бірге өсетін мәліметтер құрылымы деп аталады ауқымды. Бір уақытта мәліметтер құрылымының өнімділігін қандай дәрежеде масштабтауға болатындығы белгілі формуламен анықталады Амдал заңы сияқты оның нақтыланған нұсқалары Густафсон заңы.

Бір уақытта мәліметтер құрылымының өнімділігіне қатысты негізгі мәселе - бұл жадтың тартыс деңгейі: жадтағы және жадтағы трафиктегі үстеме ақы бірнеше жіптердің арматурасы ретінде, жадтағы бірдей локацияларға қол жеткізуге тырысады. Бұл мәселе құлыптаулар жадқа қол жетімділікті басқаратын бағдарламаларды блоктаумен байланысты. Құлыпты алу үшін жіп сол орынды қайта-қайта өзгертуге тырысуы керек. Үстінде кэш-келісімді мультипроцессорлы (процессорлар аппараттық құралдармен жаңартылатын, оларды сақтаудың соңғы мәндеріне сәйкес келетін жаңартылған кэштері бар), бұл орынды өзгертудің әр әрекеті үшін ұзақ күтуге әкеліп соғады және құлыпты алуға сәтсіз әрекеттермен байланысты қосымша жад трафигі күшейеді. .

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б Марк Мойр және Нир Шавит (2007). "Бір уақытта мәліметтер құрылымы «. Динеш Метада және Сартадж Сахни (ред.). 'Мәліметтер құрылымдары мен қосымшалар анықтамалығы' (1-ші басылым). Чэпмен және Холл / CRC Press. 47–14–47–30 бб. Сыртқы сілтеме | тарау = (Көмектесіңдер)
  2. ^ Gramoli, V. (2015). Синхрондау туралы бұрын білгіңіз келген көп нәрсе: синхронизация, синхрондаудың бір уақытта алгоритмге әсерін өлшеу (PDF). Параллель бағдарламалаудың принциптері мен практикасы туралы ACM SIGPLAN 20-шы симпозиумының материалдары. ACM. 1-10 беттер.

Әрі қарай оқу

  • Нэнси Линч «Үлестірілген есептеу»
  • Хагит Аттия және Дженнифер Уэлч «Таратылған есептеуіш техникасы: негіздер, имитациялар және дамыған тақырыптар, екінші басылым»
  • Даг Леа, «Java-да параллельді бағдарламалау: жобалау принциптері мен үлгілері»
  • Морис Херлихи және Нир Шавит, «Мультипроцессорлық бағдарламалау өнері»
  • Маттсон, Сандерс және Массингил «Параллель бағдарламалауға арналған өрнектер»

Сыртқы сілтемелер