Verfügbarkeit: Multicore-Programmierung | Technische Universität München

Multicore-Programmierung: Performance erhöhen durch Software-Multithreading

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Bibliographische Detailangaben
Beteiligte Personen:	Akhter, Shameem (VerfasserIn), Roberts, Jason (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch Englisch
Veröffentlicht:	München entwickler.press 2008
Ausgabe:	(Dt. Ausg.)
Schriftenreihe:	Intelpress
Schlagwörter:	Multithreading Parallelverarbeitung OpenMP Mehrkernprozessor Programmierung
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adam_text	Inhaltsverzeichnis V Vorwort 11 V.l Zielgruppe 11 V.2 Über dieses Buch 12 V.3 Intel®-Produkte zur Softwareentwicklung 13 V.4 Danksagung 13 1 Einführung in die Multicore-Architektur 15 1.1 Gründe für Gleichzeitigkeit auf Softwareebene 16 1.2 Parallele Rechnerplattformen 18 Parallelverarbeitung in Mikroprozessoren 19 Unterschiede zwischen Multicore-Architektur und Hyperthreading-Technologie 22 Multithreading auf Singlecore- und Multicore-Plattformen 23 1.3 Was ist Performance? 25 Das Amdahlsche Gesetz 25 Gustafsons Gesetz 28 1.4 Zusammenfassung 30 2 Systemüberblick: Threadinq 31 2.1 Threads definieren 31 2.2 Threads aus der Sicht des Systems 32 Threading oberhalb der Betriebssystemebene 32 Threads innerhalb des Betriebssystems 35 Threads innerhalb der Hardware 38 2.3 Was passiert, wenn ein Thread erzeugt wird? 39 2.4 Modelle der Anwendungsprogrammierung und Threading 41 2.5 Virtuelle Umgebung: Virtuelle Maschinen und Plattformen 41 Laufzeitvirtualisierung 41 Systemvirtualisierung 41 2.6 Zusammenfassung 44 3 Die grundlegenden Konzepte der parallelen Programmierung 45 3.1 Design für Threads 45 Aufgabenzerlegung 46 Datenzerlegung 46 Datenflusszerlegung 47 Bedeutung der verschiedenen Zerlegungsarten 48 3.2 Herausforderungen 49 3.3 Patterns der parallelen Programmierung 49 3.4 Ein Fallbeispiel: Fehlerverteilung 51 Analyse des Fehlerverteilungsalgorithmus 54 Ein alternativer Ansatz: Parallele Fehlerverteilung 54 Andere Alternativen 56 3.5 Zusammenfassung 57 4 Threadinq und parallele Proqrammierkonstrukte 59 4.1 Synchronisierung 59 4.2 Kritische Abschnitte 61 4.3 Deadlocks 62 4.4 Synchronisierungsprimitive 63 Semaphore 63 Sperren 66 Bedingungsvariablen 68 4.5 Nachrichten 70 4.6 Ablaufsteuerungsbasierte Konzepte 72 Fence 72 Barrier 73 Implementierungsabhängige Threading Features 74 4.7 Zusammenfassung 75 5 Threadinq-APIs 77 5.1 Threading-APIs für Microsoft Windows 77 Win32/MFC Thread-APIs 77 5.2 Threading APIs für das .NET Framework von Microsoft 103 Threads erzeugen 103 Threads verwalten 105 Thread Pools 108 Thread-Synchronisierung 112 5.3 POSIX-Threads 114 Threads erzeugen 115 Threads verwalten 116 Thread-Synchronisierung 117 Signalisieren 118 Kompilieren und Verlinken 125 5.4 Zusammenfassung 125 6 OpenMP: Eine portierbare Lösung für Threading 127 6.1 Aufgaben beim Ausführen einer Schleife in Threads 128 Iterationsübergreifende Abhängigkeit 129 Data Race Conditions 131 Gemeinsame und private Daten verwalten 132 Scheduling und Partitionierung von Schleifen 133 Effektive Verwendung der reduction-Klauseln 137 6.2 Threading Overhead minimieren 139 Worksharing-Konstrukte 140 6.3 Performanceorientierte Programmierung 141 Barrier und Nowait 141 Singlethread- und Multithread-Ausführung miteinander verzahnen 143 Daten kopieren 144 Aktualisierungen von gemeinsamen Variablen schützen 146 Taskqueuing - die OpenMP-Erweiterung von Intel 148 6.4 OpenMP-Bibliotheksfunktionen 150 6.5 OpenMP-Umgebungsvariablen 151 6.6 Kompilierung 151 6.7 Debugging 153 6.8 Performance 155 6.9 Zusammenfassung 156 7 Lösungen zu den häufigsten Problemen der parallelen Programmierung 157 7.1 Zu viele Threads 157 7.2 Data Races, Deadlocks und Livelocks 160 Deadlocks 162 7.3 Heavily Contended Locks 165 Prioritätsinversion 166 Lösungen für Heavily Contended Locks 167 7.4 Nicht-blockierende Algorithmen 169 Das ABA-Problem 171 Cache-Zeilen-Pingpong 173 Probleme mit der Speicherrückforderung 173 Empfehlungen 174 7.5 Threadsichere Funktionen und Bibliotheken 174 7.6 Speicherprobleme 176 Bandbreite 176 Im Cache arbeiten 177 Speicherkonflikte 179 7.7 Cachebezogene Probleme 181 False Sharing 182 Speicherkonsistenz 184 Aktuelle IA-32-Architektur 185 Itanium®-Architektur 187 Höhere Sprachen 190 7.8 Pipeline Stalls auf IA-32-Prozessoren vermeiden 191 7.9 Datenorganisation für High Performance 191 7.10 Zusammenfassung 193 8 Debuqqing-Techniken für Multithread-Code 195 8.1 Allgemeine Debugging-Techniken 195 Debug-freundliches Design 195 Anwendungen erweitern - mit Trace Buffers 198 8.2 Multithread-Anwendungen unter Windows debuggen 202 Das Threads-Fenster 202 Ablaufverfolgungspunkte (Tracepoints) 203 Haltepunktfilter 204 Thread-Namen festlegen 204 Ein Beispiel 205 8.3 Multithread Debugging mit GDB 209 Benachrichtigung bei Thread-Erzeugung 209 Auflistung aller Threads in der Anwendung 209 Threadspezifische Haltepunkte setzen 210 Zwischen Threads wechseln 211 Einen Befehl auf eine Gruppe von Threads anwenden 211 8.4 Zusammenfassung 212 9 Grundlagen der Singlecore-Prozessoren 213 9.1 Grundlagen der Prozessorarchitektur 213 9.2 Superskalare und EPIC-Architektur im Vergleich 219 9.3 Zusammenfassung 221 10 Threadinq auf Intel®- Multicore-Prozessoren 223 10.1 Hardware Threading 223 Threading bei Intel 227 10.2 Hyperthreading-Technologie 227 Der Unterschied zwischen Multiprozessor- und Hyperthreading-Technologie 229 Architektur der HT-Technologie 229 10.3 Multicore-Prozessoren 231 Architekturdetails 231 Vergleich von Multiprozessoren und Multicore-Prozessoren 234 Multicore für Itanium®-Architektur 235 10.4 Interaktion zwischen mehreren Prozessoren 238 Interprozessorkommunikation und Multithread-Programmierung 238 10.5 Energieverbrauch 240 Energiemessverfahren 241 Stromverbrauch senken 242 Was kommt nach der Multicore-Prozessorarchitektur? 243 10.6 Zusammenfassung 245 11 Intel®-Produkte für die Softwareentwicklung 247 11.1 Überblick 247 Untersuchen 247 Erstellen/Ausdrücken 248 Debuggen 248 Tuning 249 11.2 Der Intel® Thread Checker 249 Funktionsweise 250 Hinweise für die Nutzung 251 Intel® Thread Checker im Zusammenspiel mit OpenMP 252 11.3 Intel-Compiler 253 OpenMP 253 Softwarebasierte spekulative Vorausberechnung 257 Compileroptimierung und Cache-Optimierung 257 11.4 Intel® Debugger 258 11.5 Intel-Bibliotheken 259 Intel® Math Kernel Library 259 Intel® Integrated Performance Primitives 260 Parallele Programme und die Probleme beim Einsatz paralleler Bibliotheken 260 Die Zukunft 261 Intel®-Threading-Bausteine 261 11.6 Intel® VTune™ Performance Analyzer 261 Hotspots finden 262 Mit Call Graph einen Threading-Punkt finden 263 Lastenausgleich überprüfen 264 11.7 Intel® Thread Profiler 265 11.8 MPI-Programmierung 266 Intels MPI-Unterstützung 266 11.9 Zusammenfassung 270 A Glossar 271 Stichwortverzeichnis 283
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