Принципи організації паралельних обчислень
Види паралелізму
- Завдання — розподіл єдиної задачі між кількома паралельно виконуваними процесами.
- Дані — розподіл даних між різними процесами задля одночасного опрацювання.
- Вказівники — розпаралелювання виконується шляхом явного вказування паралельності за допомогою спеціальних команд у коді програми.
- Автоматичне розпаралелення — компілятор автоматично знаходить і розпаралелює ділянки коду.
Модель взаємодії процесів
- З розподіленою пам'яттю (SPMD) — кожен процес має свою власну локальну пам'ять без прямого доступу до пам'яті інших процесів.
- З поділеною пам'яттю (SMP) — усі процеси мають доступ до спільної глобальної пам'яті.
Топологія мережі
- Повне з'єднання (паралельні комп'ютери) — кожен процес має фізичне з'єднання з кожним іншим процесом.
- Кільце — процеси з'єднані в кільце з одно- або двонаправленим зв'язком.
- Зірка — центральний процес з'єднаний з усіма іншими процесами.
- Плоска мережа — процеси з'єднані в сітчастий спосіб.
Синхронізація
Для запобігання конфліктів між процесами необхідна синхронізація:
- Бар'єри — затримка процесу доки всі інші досягнуть цієї точки.
- Взаємне виключення — забезпечення того, що лише один процес може отримати доступ до даних чи коду в даний момент.
- Атомарність — операція виконується повністю або зовсім.
Балансування навантаження
Вирівнювання навантаження між процесами для забезпечення максимальної ефективності:
- Статичне — явне розподілення завдань чи даних між процесами.
- Динамічне — постійний моніторинг і перерозподіл навантаження.
Оптимізація
Оптимізація паралельних методів може покращити загальну продуктивність:
- Міншування зернистості — розбивка задачі на менші паралельні блоки.
- Уникнення вузьких місць — ідентифікація і усунення операцій, які створюють затримки.
- Ефективне планування — оптимізація розподілу завдань між процесами для мінімізації простоїв.
Розробка паралельних методів є складним завданням, яке вимагає розуміння різних принципив і технік. Належне поєднання цих принципів дозволяє організувати ефективні паралельні обчислення з метою досягнення максимальної продуктивності.
Часто задавані питання
- Що таке паралельні обчислення?
- Які види паралелізму існують?
- Чому важлива синхронізація в паралельних обчисленнях?
- Як оптимізувати паралельні методи?
- Які переваги паралельних обчислень?